JP6316205B2 - 基地局装置、端末装置、無線通信システムおよび集積回路 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信技術に関し、特に、コードブックベースの閉ループ型多重入力多重出力伝送を行なう技術に関する。

第３．９世代無線伝送方式として３^ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ（３ＧＰＰ）において標準化が進められたＬｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）では、第３世代無線伝送方式からの大幅な周波数利用効率の改善のために、複数の送受信アンテナを用いて無線伝送を行なうＭｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）技術が仕様化された。ＭＩＭＯ技術の一つである空間分割多重技術により、周波数帯域幅を拡大することなく、伝送速度の向上が実現できる。ＬＴＥの発展版であるＬＴＥ-Ａｄｖａｎｃｅｄ（ＬＴＥ−Ａ）では下りリンク（基地局装置から端末装置への通信を指す）伝送のピーク伝送速度１Ｇｂｐｓを達成するために、最大８ストリームを空間多重可能なシングルユーザＭＩＭＯ（ＳＵ−ＭＩＭＯ）が検討されている。ＳＵ−ＭＩＭＯは複数送信アンテナを有する基地局装置と複数受信アンテナを有する単一端末装置とのＭＩＭＯ伝送である。

ＭＩＭＯ伝送は、送信装置（基地局装置）で伝搬路情報（ＣＳＩ）を要求する閉ループ型ＭＩＭＯ伝送と、ＣＳＩを必要としない開ループ型ＭＩＭＯ伝送とに大別され、閉ループ型ＭＩＭＯは開ループ型ＭＩＭＯよりも達成可能な周波数利用効率が大きいことが報告されている。しかし、上下リンクで異なる搬送波周波数を用いる周波数分割複信に基づく無線通信システムの場合、基地局装置がＣＳＩを取得するためには、端末装置よりＣＳＩをフィードバックする必要があり、オーバーヘッドが大幅に増加してしまうという問題がある。

そこで、ＬＴＥでは、ＣＳＩの通知にかかるオーバーヘッド量を大幅に抑圧することができるコードブックベースの閉ループ型ＭＩＭＯ伝送がサポートされている。コードブックベースの閉ループ型ＭＩＭＯでは、基地局装置と端末装置の間で複数の線形フィルタが記載されたコードブックを予め共有しておき、端末装置は所望の送信フィルタを前述のコードブックより抽出し、その番号（インデックス）を基地局装置に通知する。基地局装置は、通知された線形フィルタに基づき、送信データに対してプリコーディングを行なったのち、ＭＩＭＯ伝送を行なう。コードブックに基づきＣＳＩを通知するため、端末装置がＣＳＩを直接量子化して基地局装置に通知する方法と比較して、オーバーヘッドの量を大幅に抑圧することが可能である。

更に、非特許文献１では、送信アンテナ数の増加に伴うオーバーヘッド増加の抑圧を目的として、ダブルコードブック構造のコードブックが提案されている。これは、偏波送受信アンテナの使用を前提とし、同一偏波内のアンテナ利得に対応する第１のコードブックと、偏波間の位相差等に対応する第２のコードブックの２つのコードブックを用いることで、オーバーヘッドの増加を最小限に抑えつつ、多ストリームのＭＩＭＯ伝送を実現している。

一方、同時接続する複数端末装置を仮想的な大規模アンテナアレーとみなし、基地局装置から各端末装置への送信信号を空間多重させるマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ−ＭＩＭＯ）がＬＴＥでサポートされている。ＳＵ−ＭＩＭＯと同様に、ＭＵ−ＭＩＭＯでも、端末装置はコードブックから所望の線形フィルタを基地局装置に通知し、基地局装置は複数の端末装置より通知された線形フィルタに基づき、複数端末装置宛のデータを空間多重して送信するＭＵ−ＭＩＭＯを行なうかどうかを決定する。

しかし、端末装置がＣＳＩそのものを通知していないコードブックベースのＭＵ−ＭＩＭＯでは、空間多重機会はそれほど向上しない。そこで、端末装置が基地局装置に対して、所望の線形フィルタに加えて、所望線形フィルタと空間多重するのに最も相性の良い線形フィルタを表すＢｅｓｔ ｃｏｍｐａｎｉｏｎ ＰＭＩ（ＢＰＭＩ）も通知するＢＰＭＩフィードバックという技術が非特許文献２などで議論されている。これは、基地局装置は複数の端末装置より通知される所望線形フィルタとＢＰＭＩを取得し、互いの所望線形フィルタが相手のＢＰＭＩとなっている端末装置同士を空間多重するという方法であり、コードブックベースＭＵ−ＭＩＭＯの空間多重機会を向上させることが可能である。

ところで、ＬＴＥで考慮されているＭＩＭＯ伝送は、水平方向のアンテナ利得のみを考慮した２Ｄ−ＭＩＭＯである。一方、前述したＭＵ−ＭＩＭＯにおける空間多重機会の向上等を目的として、垂直方向のアンテナ利得も考慮した３Ｄ−ＭＩＭＯが非特許文献３等で議論されている。垂直方向の空間リソースを用いれば、より効率的なユーザ間干渉の抑圧が可能となるから、ＭＵ−ＭＩＭＯの空間多重機会の向上が期待できるとともに、ＳＵ−ＭＩＭＯにおける周波数利用効率の改善も期待できる。

3GPP R1-105011, Alcatel-Lucent, et. al., "Way Forward on 8Tx Codebook for Rel.10 DL MIMO," Aug. 2010. 3GPP R1-090051, Alcatel-Lucent, "UE PMI feedback signaling for user pairing/coordination," Jan. 2009. 3GPP RWS-120034, ZTE, "View on 3GPP Rel-12 and beyond," June 2012.

垂直方向のアンテナ利得も考慮した３Ｄ−ＭＩＭＯ伝送によれば、垂直方向の空間リソースを用いることが出来るため、ＭＵ−ＭＩＭＯの空間多重機会の向上が期待できるとともに、ＳＵ−ＭＩＭＯにおける周波数利用効率の改善も期待できる。

しかし、送信アンテナ素子数の増加に伴い、伝搬路推定用の参照信号の送信に係るオーバーヘッドが増加してしまう問題がある。また、送信アンテナ素子数の増加に伴い、コードブックに記載すべき線形フィルタの数も増加するため、コードブック記載の線形フィルタ通知に係るオーバーヘッドも増加してしまう。

このように、３Ｄ−ＭＩＭＯは、周波数利用効率の改善には有効であるものの、参照信号等に係るオーバーヘッドの増大が、周波数利用効率の改善に限界を与えてしまう。しかし、このオーバーヘッドの増大を抑圧しつつ、３Ｄ−ＭＩＭＯを高効率に実現する方法は、未だ明らかとなっていないのが実状である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コードブックベースの３Ｄ−ＭＩＭＯにおいて、端末装置からの通知に係るオーバーヘッド量の抑圧を実現する基地局装置、端末装置、無線通信システム、および集積回路を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の基地局装置は、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナから、端末装置宛に送信される信号の位相および振幅を調整することで、前記複数のアンテナの水平方向および垂直方向のアンテナ利得を調整可能な基地局装置であって、前記端末装置との間で共用された、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第２のコードブックと、前記垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第３のコードブックと、から構成される第１のコードブックを格納している第１のコードブック記憶部と、前記端末装置から通知される、前記第２のコードブック記載の複数の線形フィルタおよび前記第３のコードブック記載の複数の線形フィルタの少なくとも１つを示す制御情報を取得する制御情報取得部と、
前記制御情報と、前記第１のコードブックに基づき、前記端末装置宛の信号にプリコーディングを施すプリコーディング部と、前記プリコーディングが施された信号を送信する無線送信部とを備えることを特徴とする。

本発明の端末装置は、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナから、端末装置宛に送信される信号の位相および振幅を調整することで、前記複数のアンテナの水平方向および垂直方向のアンテナ利得を調整可能な基地局装置と通信を行なう第１の端末装置であって、前記基地局装置と共用された、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第２のコードブックと、前記垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第３のコードブックと、から構成される第１のコードブックを格納している第１のコードブック記憶部と、前記第２のコードブック記載の複数の線形フィルタおよび前記第３のコードブック記載の複数の線形フィルタの少なくとも１つを示す制御情報を生成するフィードバック情報生成部と、前記制御情報を前記基地局装置に通知する無線送信部とを備えることを特徴とする。

本発明の集積回路は、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナから、端末装置宛に送信される信号の位相および振幅を調整することで、前記複数のアンテナの水平方向および垂直方向のアンテナ利得を調整可能な基地局装置に実装され、前記基地局装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、
前記端末装置との間で共用された、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第２のコードブックと、前記垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第３のコードブックと、から構成される第１のコードブックを格納する機能と、前記端末装置から通知される、前記第２のコードブック記載の複数の線形フィルタおよび前記第３のコードブック記載の複数の線形フィルタの少なくとも１つを示す制御情報を取得する機能と、前記制御情報と、前記第１のコードブックに基づき、前記端末装置宛の信号にプリコーディングを施す機能と、前記プリコーディングが施された信号を送信する機能との一連の機能を前記基地局装置に発揮させることを特徴とする。

複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナから、端末装置宛に送信される信号の位相および振幅を調整することで、前記複数のアンテナの水平方向および垂直方向のアンテナ利得を調整可能な基地局装置と通信を行なう端末装置に実装され、前記端末装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、前記基地局装置との間で共用された、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第２のコードブックと、前記垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第３のコードブックと、から構成される第１のコードブックを格納する機能と、前記第２のコードブック記載の複数の線形フィルタおよび前記第３のコードブック記載の複数の線形フィルタの少なくとも１つを示す制御情報を生成する機能と、前記制御情報を前記基地局装置に通知する機能との一連の機能を前記端末装置に発揮させることを特徴とする。

本発明によれば、コードブックベースの３Ｄ−ＭＩＭＯにおいて、端末装置からの通知に係るオーバーヘッド量を抑圧できるから、周波数利用効率の大幅な改善に寄与できる。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。 基地局装置と端末装置間の通信の様子を示すシーケンスチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る基地局装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ部２９の装置構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ２９−５の配置の概要を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る端末装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る端末アンテナ部５１の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る端末装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る基地局装置の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の無線通信システムを適用した場合における実施形態について説明する。なお、本実施形態において説明した事項は、発明を理解するための一態様であり、実施形態に限定して発明の内容が解釈されるものではない。特に断らない限り、以下では、＊は行列のクロネッカー積を表す。

［１．第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。第１の実施形態においては、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有した基地局装置１（無線送信装置とも呼ぶ）に対して、Ｎ_ｒ本の受信アンテナを有する端末装置２（無線受信装置とも呼ぶ）が接続しているＳＵ−ＭＩＭＯ伝送を対象とする。当然、別の無線リソースを用いることで、基地局装置１に他の端末装置２が接続していても構わないが、以下では、図１に示されている基地局装置１と端末装置２との間の伝送を対象とする。端末装置２にはＬ個のデータを同時に送信するものとし（同時送信するデータ数のことをランク数とも呼ぶ）、Ｌ≦Ｎ_ｒであるものとする。ただし、以下では簡単のため、Ｌ＝１として説明を行なう。

伝送方式としては、Ｎ_ｃ個の副搬送波（サブキャリア）を有する直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（ＯＦＤＭ））を仮定する。また、複信方式は周波数分割複信を仮定するが、ＣＳＩのフィードバックを行なう時間分割複信も本実施形態には含まれる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るシステム全体の信号処理についてその概要を説明するシーケンスチャートである。はじめに、基地局装置１は、接続している端末装置２に対して、既知の参照信号系列を送信する（ステップＳ１０１）。既知の参照信号系列には、第１の参照信号系列と、第２の参照信号系列とが含まれており、それぞれ基地局装置１が備える送信アンテナに関連付けられているが、詳細は後述する。また、既知の参照信号系列とは別に、端末装置２宛ての送信データと復調用の参照信号を生成する（ステップＳ１０２）。次いで、端末装置２は受信された既知参照信号系列に基づき、伝搬路推定を行なう（ステップＳ１０３）。端末装置は第１の参照信号系列に基づいて推定した伝搬路情報に基づき、第１の線形フィルタを既知のコードブックより抽出し、さらに、第２の参照信号系列に基づいて推定した伝搬路情報に基づき、第２の線形フィルタを既知のコードブックより抽出する（ステップＳ１０４）。端末装置２は、これらの線形フィルタの番号（インデックス）を基地局装置１に通知する。

基地局装置１は、端末装置２より通知されるインデックスに基づき、第１および第２の線形フィルタを取得し（ステップＳ１０５）、その情報に基づき、端末装置２宛の送信データに対して、送信符号化（プリコーディング）を施す（ステップＳ１０６）。プリコーディング後のデータを同一無線リソースに空間多重して、接続されている端末装置２宛に送信する（ステップＳ１０７）。

基地局装置１より送信された信号を受信した端末装置２では、復調用の参照信号に基づいて伝搬路推定を行ない（ステップＳ１０８）、その推定結果に基づいて、受信信号に対して、チャネル等化処理を施し（ステップＳ１０９）、自局の所望データを検出する（ステップＳ１１０）。

［１．１．基地局装置１］
図３は、本発明の第１の実施形態に係る基地局装置１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、基地局装置１は、チャネル符号化部２１と、データ変調部２３と、マッピング部２５と、プリコーディング部２７と、アンテナ部２９と、制御情報取得部３１と、伝搬路情報取得部３３と、コードブック記憶部３５と、を含んで構成されている。プリコーディング部２７はサブキャリア数Ｎ_ｃ、アンテナ部２９は送信アンテナ数Ｎ_ｔだけそれぞれ存在する。

図４は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ部２９の装置構成を示すブロック図である。図４に示すように、アンテナ部２９は、ＩＦＦＴ部２９−１と、ＧＩ挿入部２９−２と、無線送信部２９−３と、無線受信部２９−４と、アンテナ２９−５とを含んで構成されている。

アンテナ部２９は送信アンテナ数Ｎ_ｔだけそれぞれ存在するから、アンテナ２９−５も送信アンテナ数Ｎ_ｔだけ存在する。本実施形態においては、アンテナ２９−５は水平方向（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｏｍａｉｎ）だけではなく、垂直方向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｏｍａｉｎ）にも配置されているものとする。

図５は、本発明の第１の実施形態に係るＮ_ｔ個のアンテナ２９−５の配置の概要を示す図である。図５に示すように、本実施形態においては、複数のダイポールアンテナを水平方向および垂直方向に対して正方配置するものとする。そして、各アンテナ２９−５を指定するためのインデックスとして、水平方向のインデックスをｎ_Ｈ、垂直方向のインデックスをｎ_Ｖと定義する。図５において、黒色で修飾されているアンテナ２９−５は（ｎ_Ｈ＝２，ｎ_Ｖ＝３）のように指定される。

以下では、（ｎ_Ｖ，ｎ_Ｈ）＝［（ｎ_Ｖ，１），（ｎ_Ｖ，２），（ｎ_Ｖ，３），（ｎ_Ｖ，４）］で与えられる水平方向のアンテナグループを第ｎ_ｖ行アンテナグループ、または単に第ｎ_ｖ行アンテナと呼ぶ。同様に、（ｎ_Ｖ，ｎ_Ｈ）＝［（１，ｎ_Ｈ），（２，ｎ_Ｈ），（３，ｎ_Ｈ），（４，ｎ_Ｈ）］で与えられる垂直方向のアンテナグループを第ｎ_Ｈ列アンテナグループ、または単に第ｎ_Ｈ列アンテナと呼ぶ。

なお、本実施形態において、アンテナ２９−５の配置の方法は図５の方法に限らない。例えば、偏波アンテナを並べても良い。また、水平方向の素子数と、垂直方向の素子数が異なっていても構わない。

また、複数のアンテナ素子をひとつのアンテナとみなすことも可能である。例えば、図５においては、水平方向および垂直方向にそれぞれ４素子のアンテナが並んでいるが、垂直方向に並んだ２つのアンテナ素子を１つのアンテナ（アンテナポートとも呼ぶ）とみなすことで、垂直方向には２つのアンテナが配置されているものと見なすことも可能である。この場合、１つのアンテナとみなしたアンテナ素子からは基本的に同じ信号が送信されるものとして、基地局装置１のベースバンド帯の送信信号処理が行なわれる。

基地局装置１のベースバンド帯の送信信号処理はアンテナポート単位で行なわれる。また、基地局装置１のアンテナ２９がアクティブアンテナである場合、各アンテナ素子に対して位相制御を基地局装置１は行なうことが可能である。この場合、基地局装置は、アンテナポートを構成するアンテナ素子群毎に位相制御を行なっても良い。

なお、基地局装置１がアンテナ素子に対して位相制御を行なった場合、端末装置２は、基地局装置１より送信される既知参照信号等によって、位相制御に関する情報を推定することが可能である。具体的には、位相制御に関する情報は、端末装置２が既知参照信号によって推定するチャネル推定値に含まれる。

図３に戻り、基地局装置１の信号処理について説明する。初めに、制御情報取得部３１は、接続している端末装置２より通知される制御情報を取得し、そのうち、第１および第２の線形フィルタに関連付けられた制御情報を伝搬路情報取得部３３に向けて出力する。

伝搬路情報取得部３３では、制御情報取得部３１より入力された制御情報と、コードブック記憶部３５に格納されているコードブック（第１のコードブックとも呼ぶ）に基づき、第１の線形フィルタＷ１と、第２の線形フィルタＷ２を取得し、プリコーディング部２７に向けて出力する。ここで、第１の線形フィルタＷ１は水平方向のアンテナグループ間に関連付けられており、第２の線形フィルタＷ２は垂直方向のアンテナグループ間に関連付けられている。今、水平方向および垂直方向のアンテナ数はそれぞれ４であるから、Ｗ１およびＷ２は行数４の行列で表される。Ｗ１およびＷ２の列数については、送信ランク数等に応じて決定される。以下の説明では、ランク１送信を仮定するため、列数は１となる。

次いで、チャネル符号化部２１が端末装置２宛ての送信データ系列に対してチャネル符号化を行なったのち、データ変調部２３が、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等のディジタルデータ変調を施す。データ変調部２３はデータ変調を施したデータ信号をマッピング部２５に入力する。

マッピング部２５は、各データを指定された無線リソース（リソースエレメント、もしくは単にリソースとも呼ぶ）に配置するマッピング（スケジューリングもしくはリソースアロケーションとも呼ぶ）を行なう。ここでの無線リソースとは、周波数、時間、符号および空間を主に指す。使用される無線リソースは、端末装置２で観測される受信品質や、線形フィルタＷ１およびＷ２等に基づいて決定される。本実施形態においては、使用される無線リソースは予め定められているものとし、基地局装置１と端末装置２の双方で把握できているものとする。なお、マッピング部２５は、端末装置２において伝搬路推定を行なうための既知参照信号系列の多重も行なう。

端末装置２宛ての参照信号については、受信した端末装置２において分離可能なように、それぞれが直交するように多重されるものとする。また、参照信号には、伝搬路推定用の参照信号であるＣＳＩ−ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ（ＣＳＩ−ＲＳ）と復調用の固有参照信号であるＤｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ(ＤＭＲＳ)の二つの参照信号が多重されるものとするが、別の参照信号を更に多重する構成としても構わない。

ＣＳＩ−ＲＳは、端末装置２で観測されるＣＳＩを推定するためのものである。本実施形態においては、マッピング部２５は、ＣＳＩ−ＲＳを送信アンテナ間で直交するように配置する。例えば、図５のようなアンテナ配置を仮定する場合、送信アンテナ数Ｎ_ｔは１６であるから、ＣＳＩ−ＲＳの送信には、少なくとも１６個のリソースエレメントが必要となる。従来から考えられている方法と同様に、全１６アンテナ間で直交するように、マッピング部２５はＣＳＩ−ＲＳを配置しても良い。また、本実施形態においては、ＣＳＩ−ＲＳの送信に係るオーバーヘッドを抑圧するために、マッピング部２５は、以下に説明するようにＣＳＩ−ＲＳを送信するように制御しても良い。

ＣＳＩ−ＲＳは、端末装置２が所望の線形フィルタを計算するのに用いられる。ここで、端末装置２が推定する所望の線形フィルタは、基地局装置１と端末装置２との間の伝搬路の統計的性質（例えば、空間相関値等）に依存している場合がある。水平方向に配されているアンテナ間を特徴づける伝搬路の統計的性質と、垂直方向に配されているアンテナ間を特徴づける伝搬路の統計的性質は異なるが、水平方向（もしくは垂直方向）に配されているアンテナ同士を特徴づける伝搬路の統計的性質はほぼ等しい。

例えば、図５において、第１行アンテナグループ（すなわち、（ｎ_Ｖ，ｎ_Ｈ）＝［（１，１），（１，２），（１，３），（１，４）］で与えられる水平方向のアンテナグループ）間を特徴づける伝搬路の統計的性質と、第１列アンテナグループ（すなわち、（ｎ_Ｖ，ｎ_Ｈ）＝［（１，１），（２，１），（３，１），（４，１）］で与えられる垂直方向のアンテナグループ）間を特徴づける伝搬路の統計的性質は異なるが、第１行アンテナグループと、第２行アンテナグループをそれぞれ特徴づける伝搬路の統計的性質はほぼ等しい。当然、第３行アンテナや、第４行アンテナも同様である。

このことは、第１行アンテナグループに整合している線形フィルタと、第２行アンテナグループに整合している線形フィルタは一致する可能性が高い一方で、第１列アンテナグループに整合している線形フィルタと、第１行アンテナグループに整合している線形フィルタとは、一致しない可能性が高いことを示唆している。

このことに着目し本実施形態においては、マッピング部２５は、いずれかの第ｎ_Ｖ行アンテナグループを特徴づける伝搬路の統計的性質と、いずれかの第ｎ_Ｈ列アンテナグループを特徴づける伝搬路の統計的性質とが推定可能なＣＳＩ−ＲＳだけを送信するように制御しても良い。例えば、図５のようなアンテナ配置が為されている場合、（ｎ_Ｖ，ｎ_Ｈ）＝［（１，１），（１，２），（１，３），（１，４），（２，１），（３，１），（４，１）］という７つの送信アンテナからのみ互いに直交するＣＳＩ−ＲＳを送信すれば良い。

ＣＳＩ−ＲＳを送信する送信アンテナの組み合わせはこの限りではなく、マッピング部２５はＣＳＩ−ＲＳが送信される第ｎ_Ｖ行アンテナグループおよび第ｎ_Ｈ列アンテナグループを周期的に割り当てても良い。また、第ｎ_Ｖ行アンテナグループと第ｎ_Ｈ列アンテナグループから送信されるＣＳＩ−ＲＳの周期（または粒度）は異なっていても良い。例えば、マッピング部２５は第ｎ_Ｖ行アンテナグループから送信されるＣＳＩ−ＲＳの粒度を第ｎ_Ｈ列アンテナグループの粒度よりも密にしても良いし、その逆に制御しても構わない。またＣＳＩ−ＲＳを直交させる無線リソースは、時間、周波数および符号のいずれでも良い。

一方、ＤＭＲＳは端末装置２が受信信号を復調するために必要とする参照信号であるから、基地局装置１が端末装置２に送信するデータストリームにそれぞれ関連付けられたものが多重されることになる。マッピング部２５は、ＤＭＲＳを、関連付けられているデータストリーム間で直交するように配置する。マッピング部２５は、マッピングしたデータ情報等を、それぞれ対応するサブキャリアのプリコーディング部２７に入力する。

プリコーディング部２７では、伝搬路情報取得部３３より入力される第１の線形フィルタＷ１と、第２の線形フィルタＷ２に基づいて、マッピング部２５より入力された送信データに対してプリコーディングを施す。プリコーディングの手法については、何かに限定されるものではないが、以下では、プリコーディング部２７は入力された線形フィルタに基づいて線形プリコーディングを施すものとして説明を行なう。

今、あるサブキャリアで送信されるデータ信号（もしくはＤＭＲＳ）をｄとし、プリコーディング後の送信信号ベクトルをｓ＝［ｓ_１，１，ｓ_１，２，．．．，ｓ_４，３，ｓ_４，４］^Ｔで表すものとする。ここで、ｓ_{ｎＶ，ｎＨ}は第（ｎ_Ｖ，ｎ_Ｈ）アンテナから送信される送信信号を表す。送信信号ベクトルは式（１）で与えられる。

なお、実際の送信信号には、送信電力が与えられるが、ここでは省略している。送信信号ベクトルは、第ｎ_Ｖ行アンテナから送信される信号には、Ｗ１の各要素が乗算され、第ｎ_Ｈ列アンテナから送信される信号には、Ｗ２の各要素が乗算されることになる。つまり、１つのデータ信号に対して、二つの重みが乗算されることになる。

式（１）で与えられる送信信号ベクトルは、初めに水平方向のアンテナグループで送信されている信号の送信アンテナ合成が考慮され、次いで、垂直方向のアンテナグループの送信アンテナ合成が考慮される形となっている。当然、アンテナ合成の考慮の順番は逆でも良いし、プリコーディング部２７は片方のアンテナ合成を考慮しないプリコーディングを行なっても構わない。

プリコーディング部２７は、データ信号およびＤＭＲＳに対して、式（１）で与えられるようなプリコーディングを施したのち、アンテナ部２９に向けて出力する。以上の説明では、送信ランク数は１としているが、送信ランク数が２以上となった場合、データ信号およびＤＭＲＳはベクトル表記となり、Ｗ１およびＷ２の列数も２以上となる。しかし、基本的には、プリコーディング部２７は、水平方向の送信アンテナ合成と、垂直方向の送信アンテナ合成を別々に考慮し、最終的に、水平方向と垂直方向同士の送信アンテナ合成が行なわれるようなプリコーディングを行なえば良い。なお、ＤＭＲＳについては、ストリーム間で直交するような信号ベクトルとすることが望ましく、その際に無線リソースとして、空間リソースも考慮しても構わない。

プリコーディング部２７は、ＣＳＩ−ＲＳについては、プリコーディング処理は施さず、適宜送信電力の調整を行なった後、アンテナ部２９に向けて出力する。

アンテナ部２９では、初めに、ＩＦＦＴ部２９−１が、対応するプリコーディング部２７より出力される信号に対して、Ｎ_ｃポイントの逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）、もしくは逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を適用し、Ｎ_ｃサブキャリアを有するＯＦＤＭ信号を生成し、ＧＩ挿入部２９−２に入力する。ここでは、サブキャリア数とＩＦＦＴのポイント数は同じものとして説明しているが、周波数領域にガードバンドを設定する場合、ポイント数はサブキャリア数よりも大きくなる。ＧＩ挿入部２９−２は入力されたＯＦＤＭ信号にガードインターバルを付与したのち、無線送信部２９−３に入力する。無線送信部２９−３は、入力されたベースバンド帯の送信信号を無線周波数（ＲＦ）帯の送信信号に変換し、アンテナ２９−５に入力する。アンテナ２９−５は入力されたＲＦ帯の送信信号を送信する。

［１．２．端末装置２］
図６は、本発明の第１の実施形態に係る端末装置２の構成を示すブロック図である。図６に示すように、端末装置２は端末アンテナ部５１と、伝搬路推定部５３と、フィードバック情報生成部５５と、チャネル等化部５７と、デマッピング部５９とデータ復調部６１と、チャネル復号部６３と、コードブック記憶部６５とを含んで構成されている。そのうち、端末アンテナ部５１は受信アンテナ数Ｎ_ｒだけ存在する。ただし、以下の説明では、受信アンテナ数はＮ_ｒ＝１であるものとする。

図７は、本発明の第１の実施形態に係る端末アンテナ部５１の構成を示すブロック図である。図７に示すように、端末アンテナ部５１は、無線受信部５１−１と、無線送信部５１−２と、ＧＩ除去部５１−３と、ＦＦＴ部５１−４と、参照信号分離部５１−５と、アンテナ５１−６と、を含んで構成されている。基地局装置１より送信された送信信号は、はじめに端末アンテナ部５１のアンテナ５１−６で受信されたのち、無線受信部５１−１に入力される。無線受信部５１−１は、入力された信号をベースバンド帯の信号に変換し、ＧＩ除去部５１−３に入力する。ＧＩ除去部５１−３は、入力された信号からガードインターバルを取り除き、ＦＦＴ部５１−４に入力する。ＦＦＴ部５１−４は、入力された信号に対してＮ_ｃポイントの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）もしくは離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を適用し、Ｎ_ｃ個のサブキャリア成分に変換したのち、参照信号分離部５１−５に入力する。参照信号分離部５１−５は、入力された信号を、データ信号成分とＣＳＩ−ＲＳ成分と、ＤＭＲＳ成分とに分離する。参照信号分離部５１−５は、データ信号成分については、チャネル等化部５７に入力し、ＣＳＩ−ＲＳとＤＭＲＳについては、伝搬路推定部５３に入力する。以下で説明する信号処理は基本的にはサブキャリア毎に行なわれることになる。

伝搬路推定部５３は、入力された既知参照信号であるＣＳＩ−ＲＳおよびＤＭＲＳに基づいて伝搬路推定を行なう。はじめにＣＳＩ−ＲＳを用いた伝搬路推定について説明する。

今、ＣＳＩ−ＲＳは、基地局装置１より、第１行アンテナグループと第１列アンテナグループとから送信されているものとし、それぞれが直交しているものとする。以下では、第１行アンテナグループも含め、水平方向のアンテナグループから送信されているＣＳＩ−ＲＳを第１のＣＳＩ−ＲＳと呼ぶこととする。また、第１列アンテナグループも含め、垂直方向のアンテナグループから送信されているＣＳＩ−ＲＳを第２のＣＳＩ−ＲＳと呼ぶこととする。

伝搬路推定部５３が第１行アンテナから送信されている第１のＣＳＩ−ＲＳを用いて推定できるのは、第１行アンテナと、端末装置２との間の伝搬路情報である。今、水平方向のアンテナ数は４であり、端末装置２の受信アンテナ数は１であるから、推定される伝搬路情報は、１行４列の伝搬路行列で表される。この伝搬路行列をｈ_Ｈ，１＝［ｈ_１，１，ｈ_１，２，ｈ_１，３，ｈ_１，４］で表すものとする。ここで、ｈ_{ｎＶ，ｎＨ}は基地局装置１の（ｎ_Ｖ，ｎ_Ｈ）アンテナと、端末装置２との間の複素伝搬路利得を表す。

一方、伝搬路推定部５３が第１列アンテナから送信されている第２のＣＳＩ−ＲＳを用いて推定できるのは、第１列アンテナと、端末装置２との間の伝搬路情報である。今、垂直方向のアンテナ数も４であるから、推定される伝搬路情報は、１行４列の伝搬路行列で表される。この伝搬路行列をｈ_Ｖ，１＝［ｈ_１，１，ｈ_２，１，ｈ_３，１，ｈ_４，１］で表すものとする。

伝搬路推定部５３は、ＣＳＩ−ＲＳに基づいて推定された各伝搬路行列ｈ_Ｈ，１およびｈ_Ｖ，１をフィードバック情報生成部５５に向けて出力する。具体的な伝搬路推定方法については、何かに限定されるものではない。例えば、既知参照信号系列に基づいて、単純な逆変調によって推定しても良いし、２次元ＭＭＳＥチャネル推定のように、伝搬路の統計的性質を活用した伝搬路推定を行なっても良い。また、１次線形補間等の補間処理または平均処理によりＣＳＩ−ＲＳに印加されている雑音の影響を取り除くような信号処理を併せて行なっても構わない。

フィードバック情報生成部５５は、伝搬路推定部５３から入力されるｈ_Ｈ，１とｈ_Ｖ，１、およびコードブック記憶部６５に格納されているコードブック情報に基づき、基地局装置１に通知する所望線形フィルタであるＷ１およびＷ２に関連付けられた情報を生成する。

コードブック記憶部６５が格納しているコードブック情報は、基地局装置１のコードブック記憶部３５が格納しているコードブック情報と同じ第１のコードブックである。本実施形態においては、第１のコードブックは、第２のコードブックと、第３のコードブックの２つのコードブックを含んでいる。そして、第２のコードブックはＷ１に関連付けられており、第３のコードブックはＷ２に関連付けられている。

コードブックには、基地局装置１が備える送信アンテナ数や、基地局装置１が送信する信号の送信ランク数毎に、複数の線形フィルタが記載されている。本実施形態においては、第２および第３のコードブックに記載されている線形フィルタは、何かに限定されるものではない。例えば、ＬＴＥで採用されている送信アンテナ数２、４および８のときのコードブックを用いれば良い。なお、ＬＴＥで採用されている送信アンテナ数８のコードブックは、それ自体がダブルコードブック構造となっている。この場合、本実施形態においては、第２のコードブックと第３のコードブックは、それぞれダブルコードブック構造としても良い。

また、コードブックは、ポイント数を送信アンテナ数としたＤＦＴ行列を用いて生成しても良い。このとき、ＤＦＴ行列にオーバーサンプリングを施すことで、コードブック記載の線形フィルタの数を増加させ、線形フィルタ同士の弦距離を小さくするようにしても良い。ただし、各線形フィルタ同士の弦距離は等しくすることが望ましい。

また、コードブックは、ランダムに発生させた複数の線形フィルタで構成されていても良い。このとき、発生させたコードブックはコードブック記憶部６５とコードブック記憶部３５とで共有されていれば良い。ただし、各線形フィルタは、そのノルムが同一であることが望ましい。

また、コードブック記憶部６５とコードブック記憶部３５はコードブック記載の線形フィルタを別の線形フィルタに周期的に更新するように制御しても良い。コードブックの更新は、基地局装置１または端末装置２が更新しても良いが、別の装置（例えば、無線ネットワーク制御局装置等）が更新を行ない、更新されたコードブックを基地局装置１および端末装置２がダウンロードするような制御をしても構わない。

また、コードブック記憶部６５とコードブック記憶部３５は第２のコードブックと第３のコードブックとで、異なるコードブックを用いても良い。例えば、第２のコードブックをＤＦＴベースのコードブックとする一方で、第３のコードブックはランダムコードブックとしても良い。もちろん、第２のコードブックと第３のコードブックを同じコードブックにしても良い。

また、第２のコードブックに記載されている線形フィルタの数と、第３のコードブックに記載されている線形フィルタの数は異なっていても構わない。なお、第２および第３のコードブックに記載されている線形フィルタの数は同一として、端末装置２が基地局装置１に通知できる線形フィルタの組み合わせの数を制御しても良い。線形フィルタの組み合わせの数は、基地局装置１から端末装置２に送信する送信信号の種類（例えば、制御信号やデータ信号）や、送信モード（例えばＭＩＭＯ伝送やＳＩＳＯ伝送）等に関連付けて切り替えても良い。

フィードバック情報生成部５５では、伝搬路推定部５３より入力されるｈ_Ｈ，１とｈ_Ｖ，１に適した線形フィルタを算出する。どの線形フィルタが適切かを決める基準は、本実施形態においては、何かに限定されるものではない。例えば、フィードバック情報生成部５５はアンテナ利得（もしくは受信信号対雑音電力比（ＳＮＲ）や受信信号対干渉プラス雑音電力比（ＳＩＮＲ））が最も大きくなる線形フィルタを選択すれば良い。

第２および第３のコードブックに記載の線形フィルタをそれぞれ｛ｗ_１，ｂ，ｗ_２，ｂ；ｂ＝１〜２^Ｂ｝とする。ここで２^Ｂはコードブックに記載の線形フィルタの数であり、Ｂは線形フィルタの通知に係るビット数を表す。受信ＳＮＲを最大とする線形フィルタＷ１およびＷ２は式（２）を満たす線形フィルタである。

また、送信ランク数が２以上となった場合は、送信ランクおよび線形フィルタ毎に、チャネル容量を算出し、最も高いチャネル容量となる送信ランク数と線形フィルタを算出すれば良い。

また、フィードバック情報生成部５５は線形フィルタＷ１および線形フィルタＷ２を、全サブキャリアに渡って算出しても良いし、複数のサブキャリアを一纏めにしたサブバンド単位で算出しても良い。また、フィードバック情報生成部５５は全てのＯＦＤＭシンボルにおいて線形フィルタを算出しても良いし、周期的に算出しても良い。このとき、線形フィルタＷ１および線形フィルタＷ２が算出される周期は、同じでも良いし、異なっていても構わない。

フィードバック情報生成部５５は、算出した線形フィルタＷ１およびＷ２に関連付けられた制御情報（例えば、線形フィルタ｛ｗ_１，ｂ，ｗ_２，ｂ；ｂ＝１〜２^Ｂ｝のインデックス）を端末アンテナ部５１に向けて出力する。このとき、チャネル容量を最大化させる送信ランク数や、フィードバック情報生成部５５が計算した受信ＳＮＲやチャネル容量などの受信品質に関連付けられた制御情報を、併せて端末アンテナ部５１に向けて出力しても良い。端末装置がＷ１に関する制御情報とＷ２に関する制御情報を基地局装置１に通知する周期は、同一でも構わないし、それぞれ異なる周期でも良いし、複数の制御情報を一纏めにして通知しても良い。

ダブルコードブック構造のコードブックを用いることで、端末装置２は制御情報の通知を柔軟に行なうことが出来る。水平方向だけではなく、垂直方向へのアンテナが基地局装置１に配置される場合、送信アンテナ数は従来の水平方向だけの配置の場合と比較して大きくなる。そのため、シングルコードブック構造のコードブックを用いる場合、端末装置２は常に全ての送信アンテナを考慮する必要があるため、適切な線形フィルタの算出に係る演算量も増大し、また、通知に係るオーバーヘッドも増大してしまう。本実施形態が対象としているダブルコードブックの場合、端末装置２は水平方向のアンテナグループと垂直方向のアンテナグループだけを考慮すれば良いから、適切な線形フィルタの算出に係る演算量の増加も必要最小限に抑えることが出来る。また、端末装置２は線形フィルタＷ１と線形フィルタＷ２の通知の周期を、伝搬環境等に応じて柔軟に変更することで、通知に係るオーバーヘッドを抑圧することが可能となる。

フィードバック情報生成部５５は生成した信号を端末アンテナ部５１の無線送信部５１−２に入力する。無線送信部５１−２は入力された信号を基地局装置１に送信するのに適した信号に変換し、端末アンテナ部５１のアンテナ５１−６に入力する。端末アンテナ部５１のアンテナ５１−６は入力された信号を基地局装置１に向けて送信する。

次いで、伝搬路推定部５３がＤＭＲＳに対して行なう伝搬路推定について説明する。ＤＭＲＳは後述するチャネル等化部５７で行なわれるチャネル等化に必要となる伝搬路推定値を推定するために用いられる。今、送信ランク数を１とし、あるサブキャリアからＤＭＲＳとしてｐが送信された場合、その受信信号ｒ_ｐは式（３）で与えられる。

ここで、Ｈは第１行アンテナグループの複素伝搬路利得から順番に並べて形成される伝搬路行列を表す。ｎは端末装置２で印加される雑音を表す。チャネル等化部５７で必要となる伝搬路推定値は実際の伝搬路と基地局装置１のプリコーディング部２７で用いられた線形フィルタとで構成される等価伝搬路利得ｇである。

本実施形態において、伝搬路推定部５３がｇを推定する方法は何かに限定されるものではない。例えば、伝搬路推定部５３は単純にｐに基づいて逆変調を受信信号に施すことで推定すれば良いし、複数のサブキャリアから送信されているＤＭＲＳに基づいて、二次元ＭＭＳＥ法等に基づいて推定しても良い。また、ＣＳＩ−ＲＳに対する伝搬路推定と同様に、伝搬路推定部５３は内挿補間や、平均化処理などの雑音抑圧処理をＤＭＲＳに対するチャネル推定に用いても良い。伝搬路推定部５３は推定した各サブキャリアの等価伝搬路推定値をチャネル等化部５７に対して出力する。

チャネル等化部５７には、参照信号分離部５１−５より出力されるデータ信号成分と、伝搬路推定部５３より出力される等価伝搬路推定値が入力される。チャネル等化部では、入力された受信信号に対して、等価伝搬路推定値に基づいてチャネル等化処理を行なう。

本実施形態において、チャネル等化部５７で行なわれるチャネル等化処理の方法については、何かに限定されるものではない。例えば、これまでの説明で仮定したようなランク１送信の場合、等価伝搬路推定値に基づいて、チャネル等化部５７は受信信号多に対して、同期検波を行なえば良い。また、送信ランク数が２以上の場合、チャネル等化部５７は受信信号に対して、等価伝搬路推定値に基づいて、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）やＺｅｒｏ ｆｏｒｃｉｎｇ（ＺＦ）規範の空間フィルタリングを適用しても良いし、最尤検出や逐次干渉キャンセラ等に代表される非線形信号処理を適用しても良い。チャネル等化部５７は、チャネル等化後の信号をデマッピング部５９に向けて出力する。

デマッピング部５９においては、端末装置２は、自装置宛ての送信データの送信に使われている無線リソースより、自装置宛ての送信データを抽出する。なお、参照信号分離部５１−５の出力を、先にデマッピング部５９に入力し、自装置に該当する無線リソース成分のみをチャネル等化部５７に入力するような構成としても良い。デマッピング部５９の出力は、その後、データ復調部６１およびチャネル復号部６３に入力され、データ復調とチャネル復号が行なわれる。

本実施形態においては、ＯＦＤＭ信号伝送を仮定し、プリコーディングはサブキャリア毎に行なうことを仮定したが、伝送方式（もしくはアクセス方式）やプリコーディングの適用単位に制限は無い。例えば、複数サブキャリアを一纏めとしたリソースブロック毎にプリコーディングが行なわれた場合も本実施形態は適用可能であり、同様に、シングルキャリアベースのアクセス方式（例えばシングルキャリア周波数分割多重アクセス（SC-FDMA）方式など）にも適用することが可能である。

以上、説明してきた方法により、基地局装置１に対して、水平方向のアンテナだけではなく、垂直方向にもアンテナが配置されるような無線通信システムにおいて、コードブックベースのＭＩＭＯ伝送を実現することが可能となる。また、線形フィルタの通知に用いるコードブックをダブルコードブック構造とすることで、端末装置２が適切な線形フィルタの算出に要する演算量を抑圧できるとともに、基地局装置１への通知に係るオーバーヘッドを抑圧することが可能となるため、無線通信システム全体の周波数利用効率の改善に寄与することが可能である。

［２．第２の実施形態］
第１の実施形態においては、基地局装置１と端末装置２とが共通のダブルコードブックが使用可能な無線通信システムにおける３Ｄ−ＭＩＭＯ伝送を対象とした。ところで、次世代無線通信規格であるＬＴＥでは、後方互換性の確保が重要な課題の一つである。つまり、将来においては、基地局装置１において、垂直方向に配置されたアンテナを把握可能な端末装置２と、把握できない端末装置３とが混在する状況が考えられる。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。第２の実施形態においては、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有した基地局装置１に対して、Ｎ_ｒ本の受信アンテナを有する端末装置２と、同じくＮｒ本の受信アンテナを有する端末装置３とが接続している状況を対象とする。端末装置２は第１の実施形態で対象とした端末装置２とほぼ同様である。一方で、端末装置３は、基地局装置１に配置された垂直方向のアンテナを把握できないレガシー端末装置である。なお、送信ランク数等の無線パラメータについては、特別に断らない限り、第１の実施形態と同様であるものとする。

［２．１．基地局装置１］
本発明の第２の実施形態に係る基地局装置１の構成は図３と同様である。ただし、マッピング部２５とプリコーディング部２７と、コードブック記憶部３５と、伝搬路情報取得部３３における信号処理については第１の実施形態とは異なる。以下では、これらの構成装置における信号処理を中心として、基地局装置１における信号処理について説明する。

初めに、マッピング部２５における信号処理について説明する。第１の実施形態と同様に、マッピング部２５では、データ信号と、ＤＭＲＳと、ＣＳＩ−ＲＳとを適切な無線リソースに配するマッピングが行なわれる。

マッピング部２５は、端末装置２宛てのデータ信号と、端末装置３宛のデータ信号とを直交する無線リソースにマッピングする。本実施形態においてマッピングの手法は、何かに限定されるものではない。例えば、各端末装置から通知される受信品質に基づいて、Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｆａｉｒｎｅｓｓ等のスケジューリング技術に基づいて、マッピング部２５は、各端末装置宛のデータ信号のマッピングを行なえば良い。

マッピング部２５は、端末装置２宛てのＤＭＲＳと、端末装置３宛のＤＭＲＳとを直交する無線リソースにマッピングする。基地局装置１が各端末装置宛に送信ランク２以上の伝送を行なう場合、マッピング部２５は、各データストリームに関連付けられたＤＭＲＳを、それぞれ直交する無線リソースにマッピングする。

次いで、ＣＳＩ−ＲＳのマッピングについて説明する。第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、全ての送信アンテナから、お互いに直交する無線リソースを用いて、ＣＳＩ−ＲＳを送信するようにしても良い。しかし、このように制御することは、参照信号の送信によるオーバーヘッドを増加してしまうことを、第１の実施形態でも既に述べた。そこで、本実施形態においても、以下で述べるように、第１のＣＳＩ−ＲＳと第２のＣＳＩ−ＲＳを独立に送信するように制御しても良い。

この場合、基地局装置１は、水平方向のアンテナグループに関連付けられた第１のＣＳＩ−ＲＳと、垂直方向のアンテナグループに関連付けられた第２のＣＳＩ−ＲＳとを送信する。しかし、レガシー端末装置である端末装置３は第１のＣＳＩ−ＲＳと第２のＣＳＩ−ＲＳとを区別することは出来ない。

ここで、レガシー端末である端末装置３は、水平方向のみにアンテナが配置されている基地局装置とは通信が可能であるものとする。例えば、端末装置３はＬＴＥ Ｒｅｌｅａｓｅ１１までの仕様にそった端末装置や、８０２．１１ｎおよび８０２．１１ａｃ等の無線ＬＡＮの仕様にそった端末装置であるものとする。マッピング部２５は第１のＣＳＩ−ＲＳを、レガシー端末装置である端末装置３が把握可能な無線リソースにマッピングする。例えば、本実施形態において、水平方向のアンテナグループのアンテナ数は４であるものとしている。そこで、基地局装置１は、水平方向のみに４本のアンテナを備えていた場合にＣＳＩ−ＲＳがマッピングされていた無線リソースに第１のＣＳＩ−ＲＳを配置すれば良い。

例えば、ＬＴＥ Ｒｅｌｅａｓｅ１０では、水平方向のみに、２、４および８本のアンテナが配置されている場合の、ＣＳＩ−ＲＳのマッピング方法が定義されている。本実施形態においては、マッピング部２５はＬＴＥ Ｒｅｌｅａｓｅ１０で定義されているＣＳＩ−ＲＳのマッピング方法に基づいて第１のＣＳＩ−ＲＳをマッピングすれば良い。また、８０２．１１ｎや８０２．１１ａｃ等の規格で定義されている参照信号のマッピング方法に基づいて、マッピング部２５は第１のＣＳＩ−ＲＳをマッピングしても良い。

なお、第１のＣＳＩ−ＲＳは、水平方向のアンテナグループに関連付けられたＣＳＩ−ＲＳであるが、水平方向のアンテナグループは複数存在する。マッピング部２５は第１のＣＳＩ−ＲＳを常に同じ水平方向のアンテナグループから送信しても良いし、ＣＳＩ−ＲＳを送信するアンテナグループを周期的に変更しても構わない。

なお、先に述べたように、基地局装置１が全ての送信アンテナから、お互いに直交する無線リソースを用いてＣＳＩ−ＲＳを送信するように制御する場合においても、一部のＣＳＩ−ＲＳは、レガシー端末装置である端末装置３が把握可能な無線リソースから送信することが望ましい。

一方、マッピング部２５では、第２のＣＳＩ−ＲＳを、第１のＣＳＩ−ＲＳと直交する無線リソースにマッピングする。このマッピング方法については、第１の実施形態と同様でも構わない。なお、第２のＣＳＩ−ＲＳについては、レガシー端末である端末装置３は把握することが出来ない。そのため、基地局装置１がＣＳＩ−ＲＳを各端末装置宛のデータ信号が割り当てられている無線リソースに関連付けられている無線リソースからのみ送信するような無線通信システムの場合、マッピング部２５は、第２のＣＳＩ−ＲＳを端末装置３に送信しないように制御しても構わない。以上が、本実施形態におけるマッピング部２５における信号処理の説明となる。

次いで、コードブック記憶部３５と、伝搬路情報取得部３３における信号処理について説明する。コードブック記憶部３５は、第１の実施形態と同様に、ダブルコードブック構造のコードブックを備えている。これは端末装置２との間で共用されているコードブックである。また、第１の実施形態とは異なり、レガシー端末装置である端末装置３が把握可能なコードブックを更に備えている。このとき、端末装置２が把握しているダブルコードブック構造のコードブックの中で、水平方向のアンテナに関連付けられた第２のコードブックを、端末装置３が把握可能なコードブック（第４のコードブックとも呼ぶ）と同一としても良いし、それぞれ異なったコードブックとしても良い。しかし、同一とすることで、コードブック記憶部３５が格納しておくべきコードブック数を抑圧することが可能となる。

伝搬路情報取得部３３は、第１の実施形態と同様に、端末装置２から通知される第１の線形フィルタと第２の線形フィルタに関連付けられた制御情報から、端末装置２宛てのデータ信号に適用することが望ましい線形フィルタＷ１とＷ２を取得することが出来る。

一方、詳細は後述するが、レガシー端末装置である端末装置３は、垂直方向のアンテナグループを把握することは出来ないから、水平方向のアンテナグループに整合した第３の線形フィルタＷ３に関連付けられた制御情報のみを、基地局装置１に通知することになる。そのため伝搬路情報取得部３３では、端末装置３宛のデータ信号に適用することが望ましい線形フィルタＷ３のみを取得することが出来る。つまり、伝搬路情報取得部３３は、端末装置２宛てのデータ信号に適用することが望ましい線形フィルタとしては、Ｗ１とＷ２のふたつの線形フィルタをプリコーディング部２７に出力するのに対して、端末装置３宛にデータ信号に適用することが望ましい線形フィルタとしては、Ｗ３のみをプリコーディング部２７に出力することになる。

最後に、プリコーディング部２７における信号処理について説明する。プリコーディング部２７が端末装置２宛てのデータ信号に施すプリコーディング処理は、第１の実施形態と同様であるから説明は省略する。一方、端末装置３宛てのデータ信号に施すプリコーディング処理については、プリコーディング部２７は、水平方向のアンテナグループに関連付けられた線形フィルタＷ３しか把握していない。

そこで、プリコーディング部２７は、端末装置３宛のデータ信号に対して、基地局装置１が１組の水平方向のアンテナグループしか備えていないものとしてデータ信号にプリコーディングを施す。プリコーディングの方法については、何かに限定されるものではない。例えば、ランク１送信で有る場合に、端末装置３から、あるサブキャリアにおけるｈ_ｖ，１に関連付けられた線形フィルタＷ３が通知されている場合、プリコーディング部２７は、該当サブキャリアから送信されるデータ信号ｄに対して、ｓ＝Ｗ１×ｄというプリコーディングを施す。そして、プリコーディング部２７は、プリコーディング後の送信信号ベクトルを、水平方向のアンテナグループの任意のひと組から送信するように制御する。送信信号ベクトルを送信するアンテナグループは、常に同じでも良いし、周期的に変更しても構わないし、全てのアンテナグループから同一の送信信号ベクトルを送信するようにしても構わない。また、プリコーディング部２７は、垂直方向のアンテナグループ間で、サイクリックシフトダイバーシチ等の開ループ型の送信ダイバーシチを、送信信号ベクトルに基づいて行なうように制御しても良い。何れの場合においても、プリコーディング部２７は端末装置３宛のデータ信号に対しても、上述してきたようなプリコーディングを施すことで、全ての送信アンテナの送信信号を決定する。もちろん、この送信信号には、実際には信号を送信しないヌル信号も含まれる。プリコーディング部２７は、生成した送信信号ベクトルをアンテナ部２９に出力する。

本実施形態における基地局装置１の他の構成部分における信号処理は、第１の実施形態と同様であるから説明は省略する。

［２．２．端末装置３］
本実施形態における端末装置２の装置構成および信号処理については第１の実施形態と同様であるから説明は省略する。以下では、レガシー端末装置である端末装置３の装置構成および信号処理について説明する。

図９は本実施形態における端末装置３の構成を示すブロック図である。端末装置３の構成は端末装置２とほぼ同様であり、異なるのは、フィードバック情報生成部６７とコードブック記憶部６９と伝搬路推定部７１である。以下では、フィードバック情報生成部６７とコードブック記憶部６９と伝搬路推定部７１における信号処理について説明する。

伝搬路推定部７１における信号処理について説明する。伝搬路推定部７１には、端末装置２と同様に、参照信号分離部５１−５から出力されるＤＭＲＳとＣＳＩ−ＲＳに関連付けられた受信信号が入力される。ここで、ＤＭＲＳに基づいて伝搬路推定部５３が行なう伝搬路推定は端末装置２と同様である。ただし、基地局装置１のプリコーディング部２７が、端末装置３宛の送信信号ベクトルに基づいて、開ループ型の送信ダイバーシチを用いた場合、伝搬路推定部７１では、そのことを考慮した等価伝搬路利得の推定を行なう必要がある。そのため、伝搬路推定部７１では、プリコーディング部２７が適用している開ループ型送信ダイバーシチを把握している必要がある。伝搬路推定部７１では、ＤＭＲＳに基づいて推定された等価伝搬路利得をチャネル等化部５７に向けて出力する。

次いで、伝搬路推定部７１におけるＣＳＩ−ＲＳに基づいて伝搬路推定方法について述べる。端末装置３では、第１のＣＳＩ−ＲＳのみを把握することが可能であるから、伝搬路推定部では、第１のＣＳＩ−ＲＳが送信されている水平方向のアンテナグループに関連付けられた伝搬路利得を推定する。このとき、伝搬路推定部７１は、該ＣＳＩ−ＲＳがどの水平方向のアンテナグループから送信されているかは把握できなくても構わない。以下では、基地局装置１は第１のＣＳＩ−ＲＳを第１行アンテナグループから送信したものとする。そして、伝搬路推定部７１は、第１のＣＳＩ−ＲＳに基づいて推定した伝搬路情報ｈ_Ｈをフィードバック情報生成部６７に向けて出力する。

フィードバック情報生成部６７は、伝搬路推定部７１より入力されたｈ_Ｈと、コードブック記憶部６９が格納しているコードブック（第４のコードブックとも呼ぶ）に基づき、ｈ_Ｈに適した線形フィルタＷ３を算出する。どの線形フィルタが適切かを決める基準は、本実施形態においては、端末装置２と同様に、何かに限定されるものではない。例えば、アンテナ利得（もしくはＳＮＲやＳＩＮＲ）が最も大きくなる線形フィルタを選択すれば良い。

端末装置３のコードブック記憶部６９が格納しているコードブックに記載の線形フィルタを｛ｗ_３，ｂ；ｂ＝１〜２^Ｂ｝とする。ここで２^Ｂはコードブックに記載の線形フィルタの数であり、Ｂは通知に係るビット数である。なお、端末装置２と端末装置３との間で、通知に係るビット数Ｂは異なっていても良い。受信ＳＮＲを最大とする線形フィルタＷ３は式（４）を満たす線形フィルタである。

また、送信ランク数が２以上となった場合は、送信ランクおよび線形フィルタ毎に、チャネル容量を算出し、最も高いチャネル容量となる送信ランク数と線形フィルタを算出すれば良い。フィードバック情報生成部６７は生成した信号を端末アンテナ部５１の無線送信部５１−２に入力する。

他の端末装置３の構成部分における信号処理は、端末装置２と同様であるから説明は省略する。

第２の実施形態では、水平方向のアンテナグループのみを把握可能なレガシー端末である端末装置３と、垂直方向のアンテナグループも把握可能な端末装置２とが混在する無線通信システムを対象とした。本実施形態の方法によれば、端末装置３も、垂直方向のアンテナグループを備える基地局装置１に接続することが可能となるから、後方互換性を保つことが可能となる。また、端末装置２が把握しているダブルコードブックのうち、水平方向のアンテナグループに関連付けられた第２のコードブックと、端末装置３が把握しているコードブックとを共通化させることで、基地局装置１のコードブック記憶部３５の負担を軽減させることも可能となる。

［３．第３の実施形態］
第１および第２の実施形態では、ＳＵ−ＭＩＭＯを行なう無線通信システムを対象とした。ところで、基地局装置が複数の送信アンテナを備えている場合、複数の端末装置宛のデータ信号を空間多重させて同時送信する下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なうことが可能となる。第３の実施形態においては、基地局装置と複数の端末装置が下りリンクＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムを対象とする。

図１０は、本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。第３の実施形態においては、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有した基地局装置１ｂに対して、Ｎ_ｒ本の受信アンテナを有する端末装置２が同時にＵ個（図１０では端末装置２−１〜２−４の４個）接続する無線通信システムを対象とする。なお、送信ランク数等の無線パラメータについては、特別に断らない限り、第１の実施形態および第２の実施形態と同様であるものとする。

第３の実施形態における端末装置２の信号処理は、第１および第２の実施形態と同様であるから説明は省略する。以下では、本実施形態における基地局装置１ｂの信号処理について説明する。

［３．１．基地局装置１ｂ］
図１１は第３の実施形態に係る基地局装置１ｂの構成を示すブロック図である。基本的な構成は、第１および第２の実施形態に係る基地局装置１の構成と同じであるが、チャネル符号化部２１ｂおよびデータ変調部２３ｂについては、基地局装置１が備えるチャネル符号化部２１およびデータ変調部２３が同時接続しているＵ個の端末装置２の数だけ存在する構成となる。

はじめに、チャネル符号化部２１ｂが各端末装置２宛ての送信データ系列に対してチャネル符号化を行なったのち、データ変調部２３ｂが、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等のディジタルデータ変調を施す。データ変調部２３ｂはデータ変調を施したデータ信号をマッピング部２５に入力する。

次いで、マッピング部２５は、データ変調部２３より入力された各端末装置２宛てのデータ信号を適切な無線リソースにマッピングする。第１および第２の実施形態においては、基本的に、１つのサブキャリアは、１個の端末装置２が占有するものとしていたが、本実施形態においては、１つのサブキャリアにおいて、基地局装置１ｂは複数の端末装置２宛てのデータ信号を送信できる。つまり、あるサブキャリアが有する空間リソースを、複数の端末装置２が共有するということである。実際の無線リソースへのマッピングについては、各端末装置２より通知される受信品質等に応じて基地局装置１ｂが決定する。

マッピング部２５におけるＣＳＩ−ＲＳのマッピング方法については、第１および第２の実施形態と同様であるから説明は省略する。一方、マッピング部２５におけるＤＭＲＳのマッピング方法については、基地局装置１ｂに同時接続している複数の端末装置２の間で互いに直交している無線リソースを用いて多重する必要があること以外は、第１および第２の実施形態と同様である。

また、制御情報取得部３１は、接続している複数の端末装置２より通知される制御情報を取得し、そのうち、第１および第２の線形フィルタに関連付けられた制御情報を伝搬路情報取得部３３に向けて出力する。

伝搬路情報取得部３３では、制御情報取得部３１より入力された制御情報と、コードブック記憶部３５に格納されているコードブック情報に基づき、各端末装置２が要求している第１の線形フィルタＷ１と、第２の線形フィルタＷ２を取得し、プリコーディング部２７に向けて出力する。

次いで、プリコーディング部２７における信号処理について説明する。従来のコードブックベースのＭＵ−ＭＩＭＯ伝送においては、各端末装置２より通知された所望線形フィルタに基づいて、基地局装置１ｂは等価的な伝搬路行列を形成し、その伝搬路行列に基づいてＭＭＳＥ規範やＺＦ規範に基づいたプリコーディングフィルタＷ_ｐを算出する。そして、基地局装置１ｂは算出されたＷ_ｐを各端末装置２宛ての送信データで構成される送信データベクトルに乗算することで、送信信号ベクトルを算出する。

本実施形態においても、従来技術と同様の手法でＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を実現することは可能である。例えば、端末装置２−ｕから通知された第１および第２の線形フィルタをＷ１−ｕおよびＷ２−ｕとした場合、実際にデータ信号に乗算される線形フィルタは（Ｗ２−ｕ＊Ｗ１−ｕ）で表される（式（１）参照）。そこで、各端末装置２のデータ信号に乗算される線形フィルタである（Ｗ２−ｕ＊Ｗ１−ｕ）のエルミート行列を行方向に並べて構成される伝搬路行列に基づいて、プリコーディング部２５はＭＭＳＥ規範やＺＦ規範に基づいたプリコーディングフィルタＷ_ｐを算出できる。

ところで、本実施形態においては、各端末装置２から、水平方向のアンテナグループに関連付けられた所望線形フィルタＷ１と、垂直方向のアンテナグループに関連付けられた所望線形フィルタＷ２が通知されている。このことに着目して、プリコーディングを行なっても良い。

例えば、本実施形態においては、水平方向のアンテナグループが４本備えられている。そこで、基地局装置１ｂは水平方向のアンテナ利得のみを利用として、最大４個の端末装置２を空間多重することが出来る。具体的には、各端末装置２から通知されている線形フィルタＷ１−ｕのみを行方向に並べて構成される伝搬路行列に基づいて、プリコーディング部２５はＭＭＳＥ規範やＺＦ規範に基づいたプリコーディングフィルタＷ_ｐを算出できる。プリコーディング部２５は算出されたプリコーディングフィルタＷ_ｐを各端末装置２宛ての送信データで構成される送信データベクトルに乗算することで、送信信号ベクトルを算出できる。プリコーディング部２５は算出した送信信号ベクトルを任意の水平方向のアンテナグループから送信するように制御しても良いし、全ての水平方向のアンテナグループから送信するように制御しても良い。

また、プリコーディング部２５は、各端末装置２宛ての送信データに予め、各端末装置２より通知された線形フィルタＷ２を乗算した後、上述したプリコーディングを施すように制御しても構わない。これは、水平方向のアンテナグループのアンテナ利得により、既にユーザ間干渉は抑圧可能であるから、プリコーディング部２５は、垂直方向のアンテナグループから送信される各端末装置２宛ての送信データに対するプリコーディングは、端末装置２毎に独立に行なっても構わないからである。

以上の説明では、ユーザ間干渉は、水平方向のアンテナグループのアンテナ利得により抑圧することを前提としているが、プリコーディング部２５は、ユーザ干渉の抑圧は、垂直方向のアンテナグループのアンテナ利得により抑圧しても良い。つまり、プリコーディング部２５は、各端末装置２より通知されるＷ２−ｕに基づいて、プリコーディングフィルタＷ_ｐを算出するように制御しても構わない。もちろん、プリコーディング部２５は、各端末装置２宛ての送信データに予め、各端末装置２より通知された線形フィルタＷ１を乗算した後、プリコーディングを施すように制御しても良い。

なお、以上説明してきたプリコーディング手法は線形プリコーディングであるが、プリコーディング部２５はＴｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇやＶｅｃｔｏｒ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎに代表される非線形プリコーディングを適用しても構わない。この場合、データ信号には摂動ベクトルと呼ばれる信号が加算されて送信される事から、端末装置２はデータ信号に加算されている摂動ベクトルを考慮した信号処理（例えばｍｏｄｕｌｏ演算等）を受信信号に施す必要がある。なお、プリコーディング部２５が非線形プリコーディングをデータ信号に施しても構わないことは、他の実施形態においても同様である。

水平方向および垂直方向のアンテナグループのアンテナ利得により、高効率にユーザ間干渉を抑圧するためには、空間多重する端末装置２の伝搬路同士が直交していることが望ましい。例えば、同じ所望線形フィルタを通知してきた端末装置２同士を空間多重することは望ましくない。そこで、本実施形態におけるマッピング部２５では、各端末装置２宛てのデータ信号について、空間多重する端末装置２の組み合わせは、高効率にユーザ間干渉を抑圧可能な組み合わせとなるように制御しても良い。例えば、マッピング部２５はプリコーディング部２７で算出されるプリコーディングフィルタＷ_ｐの行列式の値が可能な限り１に近づくような端末装置２同士を空間多重するように、データ信号をマッピングしても良い。

プリコーディング部２５は、各端末装置２宛てのデータ信号にプリコーディング処理を施して得られた送信信号ベクトルをそれぞれアンテナ部２９に向けて出力する。アンテナ部２９の構成および各構成部分で行なわれる信号処理は第１および第２の実施形態と同じであるから説明は省略する。

本実施形態では、水平方向および垂直方向にアンテナを備える基地局装置１ｂに複数の端末装置２が同時接続するＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムを対象とした。本実施形態によれば、ダブルコードブック構造を有するコードブックを互いに共有する基地局装置１ｂと複数の端末装置２との間で高効率にＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なうことが可能となるから、無線通信システムの周波数利用効率を大幅に改善することが可能となる。

［４．第４の実施形態］
第３の実施形態においては、基地局装置１ｂに接続する端末装置は、全て基地局装置１が備える垂直方向のアンテナ利得を考慮できる端末装置２であるものとした。第４の実施形態においては、第２の実施形態に関連し、基地局装置１に、複数の端末装置２に加えて、基地局装置１ｂが備える垂直方向のアンテナ利得を考慮できないレガシー端末装置である複数の端末装置３が同時接続するＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムを対象とする。

図１２は、本発明の第３の実施形態に係る無線通信システムの概略を示す図である。第３の実施形態においては、Ｎ_ｔ本の送信アンテナを有した基地局装置１ｂに対して、Ｎ_ｒ本の受信アンテナを有する端末装置２（図１２では端末装置２−１〜２−２の２個）と、Ｎ_ｒ本の受信アンテナを有する端末装置３（図１２では端末装置３−１〜３−２の２個）が複数接続する無線通信システムを対象とする。なお、送信ランク数等の無線パラメータについては、特別に断らない限り、第１の実施形態と同様であるものとする。

第４の実施形態における端末装置２および端末装置３の信号処理は、第２の実施形態と同様であるから説明は省略する。以下では、本実施形態における基地局装置１ｂの信号処理について説明する。
［４．１．基地局装置１ｂ］
第４の実施形態に係る基地局装置１ｂの構成は図１１と同様である。各構成装置における信号処理は、プリコーディング部２７における信号処理を除き、第２および第３の実施形態と同様である。

プリコーディング部２７は、各端末装置２および端末装置３より通知される所望線形フィルタに基づいて、各端末装置２および端末装置３宛のデータ信号に対してプリコーディングを施す。第３の実施形態と異なるのは、端末装置３からは、基地局装置１ｂが備える水平方向のアンテナグループに関連付けられた第３の線形フィルタのみが通知されることである。

そこで、プリコーディング部２７では、各端末装置２から通知されるＷ１と、各端末装置３から通知されるＷ３のエルミート転置行列を行方向に並べて構成される伝搬路行列に基づいてプリコーディングフィルタＷ_ｐを算出する。そして、プリコーディング部２７は算出したプリコーディングフィルタＷ_ｐを端末装置２−１〜２−２と、端末装置３−１〜３−２宛てのデータ信号で構成されるデータ信号ベクトルを乗算することで送信信号ベクトルを算出する。

プリコーディング部２７は算出した送信信号ベクトルを、任意の水平方向のアンテナグループから送信するように制御しても良いし、全ての水平方向のアンテナグループから送信するように制御しても良い。

また、第３の実施形態と同様に、本実施形態においても、上述したプリコーディング処理により、水平方向のアンテナグループのアンテナ利得によって、ユーザ間干渉は予め抑圧出来ている。よって、端末装置２宛てのデータ信号に対しては、予め垂直方向のアンテナグループに関連付けられた所望線形フィルタであるＷ２を乗算するプリコーディングを施しても良い。一方、端末装置３宛のデータ信号に対しては、垂直方向のアンテナ利得を考慮したプリコーディングを施すことは出来ない。しかし、第２の実施形態と同様に、サイクリックシフトダイバーシチ等の開ループ型の送信ダイバーシチ処理を予め施しても構わない。

プリコーディング部２７は算出した送信信号ベクトルをアンテナ部２９に向けて出力する。基地局装置１ｂの他の構成部分における信号処理については、第２の実施形態と同様であるから説明は省略する。

第４の実施形態では、基地局装置１ｂに、複数の端末装置２に加えて、基地局装置１ｂが備える垂直方向のアンテナ利得を考慮できないレガシー端末装置である複数の端末装置３が同時接続するＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムを対象とした。本実施形態の方法によれば、端末装置２とレガシー端末装置である端末装置３とを空間多重させることが可能となるから、後方互換性を維持しつつ、高い周波数利用効率を実現できる無線通信システムを実現できる。

［５．第５の実施形態］
第３および第４の実施形態においては、基地局装置に、複数の端末装置が同時接続するＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なう無線通信システムを対象とした。しかし、基地局装置がプリコーディングに利用できる情報は、各端末装置が通知する所望線形フィルタが中心である。そのため、実際に各端末装置が受信するユーザ間干渉などを、基地局装置は正確に把握することは出来ない。そのため、実際に複数の端末装置を空間多重できる機会はあまり多くなく、周波数利用効率の改善は限定的である。本実施形態では、各端末装置が実際に受信するユーザ間干渉（ＩＵＩ）電力に関連付けられた情報を基地局装置が利用可能とする無線通信システムを対象とする。

本実施形態において対象とする無線数新システムは図１０および図１２と同様である。以下では、（１）全ての端末装置が端末装置２である状況、と（２）端末装置２と端末装置３とが混在する状況、とを分けて説明する。
［５．１．端末装置２］
本実施形態に係る端末装置２の構成は図６と同様である。異なるのは、フィードバック情報生成部５５における信号処理となる。

第１から第４の実施形態においては、フィードバック情報生成部５５では、端末装置２の受信品質を向上させる所望線形フィルタ（例えば、受信ＳＮＲを最大化させる線形フィルタ等）を算出していた。つまり、端末装置２宛てのデータ信号に乗算されるのが望ましい線形フィルタを、フィードバック情報生成部５５は算出していた。本実施形態においては、端末装置２は、所望線形フィルタのみではなく、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送時に端末装置２が実際に受信するＩＵＩに関連付けられた第４の線形フィルタを併せて基地局装置１ｂに通知する。

第４の線形フィルタとして、端末装置２の受信品質を低下させる線形フィルタをフィードバック情報生成部５５が算出する方法が考えられる。例えば、受信ＳＮＲや受信ＳＩＮＲを最小化させる線形フィルタが第４の線形フィルタに該当する。つまり、他の端末装置２宛ての送信データに、この第４の線形フィルタを乗算して送信すれば、その信号は、自装置には届かないこと意味している。つまり、第１の端末装置２が通知している第４の線形フィルタと、第２の端末装置２が通知している所望線形フィルタが一致しており、また同時に、第２の端末装置２が通知している第４の線形フィルタと、第１の端末装置２が通知している所望線形フィルタが一致している場合、第１と第２の端末装置２の伝搬路は互いに直交している可能性が高いと言える。よって、第１と第２の端末装置２同士を空間多重することで、高効率なＭＵ−ＭＩＭＯ伝送が実現される。

第４の線形フィルタとして、受信品質を向上させる線形フィルタをフィードバック情報生成部５５は生成しても良い。例えば、所望線形フィルタの次に高い受信ＳＮＲを実現できる線形フィルタをフィードバック情報生成部５５は第４の線形フィルタとして算出しても良い。このとき、所望線形フィルタと第３の線形フィルタとは、可能な限り直交している（すなわち、互いの内積値が小さい）ことが望ましい。もし、他の端末装置２宛ての送信データに、この第３の線形フィルタを乗算して送信すれば、その信号は、自装置にも大きな受信電力をもって受信されてしまうこと示唆している。このことは、第１の端末装置２が通知している第４の線形フィルタと、第２の端末装置２が通知している所望線形フィルタが一致しており、また同時に、第２の端末装置２が通知している第４の線形フィルタと、第１の端末装置２が通知している所望線形フィルタが一致している場合、第１と第２の端末装置２の伝搬路は互いに直交していない可能性が高いことを示唆している。よって、その第１と第２の端末装置２同士は空間多重させず、他の端末装置２同士を空間多重させることで、高効率なＭＵ−ＭＩＭＯ伝送が実現できる。

フィードバック情報生成部５５は、上述してきたような第４の線形フィルタを、水平方向のアンテナグループと、垂直方向のアンテナグループのそれぞれに対して算出し、端末アンテナ部５１に向けて出力する。以下では水平方向のアンテナグループに関連付けられた線形フィルタを第５の線形フィルタとも呼ぶ。また、垂直方向のアンテナグループに関連付けられた線形フィルタを第６の線形フィルタとも呼ぶ。なお、フィードバックの通知に係るオーバーヘッドを抑圧するために、第５の線形フィルタの通知周期と、第６の線形フィルタの通知周期は、異なる値としても良い。

また、片方のアンテナグループに関連付けられた第４の線形フィルタの通知は行なわないように制御しても構わない。詳細は後述するが、例えば、基地局装置１ｂが端末装置２と端末装置３同士の空間多重を行なう場合、端末装置３は垂直方向のアンテナグループを考慮することは出来ないから、端末装置２が垂直方向のアンテナグループに関連付けられた第６の線形フィルタを通知しても、基地局装置１ｂは端末装置２と端末装置３の伝搬路の直交性を考慮することは出来ない。よって、端末装置２は、第５の線形フィルタのみを通知するように制御することで、フィードバックの通知に係るオーバーヘッドを抑圧しても良い。なお、端末装置２同士の空間多重を前提として、端末装置２は、第６の線形フィルタのみを通知するように制御しても良い。

シングルコードブック構造のコードブックをコードブック記憶部６５が格納している場合、本実施形態のように、水平方向のアンテナグループと垂直方向のアンテナグループとで、第４の線形フィルタの通知を独立に制御することが出来ない。そのため、オーバーヘッドは効率的に抑圧されず、第４の線形フィルタによる周波数利用効率の改善量に限界を与えてしまう。本実施形態では、ダブルコードブック構造のコードブックをコードブック記憶部６５が格納していることで、端末装置２が第５の線形フィルタと第６の線形フィルタの通知の方法を柔軟に変更することが出来るため、第４の線形フィルタによる周波数利用効率の改善量に限界を与えることなく、オーバーヘッドを抑圧することが可能となる。

また、フィードバック情報生成部５５は、予めコードブックに記載されている線形フィルタ同士を、お互いの直交性や弦距離に応じて、グループ分けをしておき、第４の線形フィルタに関連付けられた制御情報として、該グループのインデックスを通知するように制御しても構わない。このことは後述する端末装置３のフィードバック情報生成部６７でも同様である。

なお、第４の線形フィルタについては、空間多重される端末同士が備えるコードブック記憶部６５およびコードブック記憶部６９が格納するコードブックが同一もしくは、同じ線形フィルタが複数記載されている必要がある。そのため、基地局装置１ｂに端末装置２だけではなく、端末装置３も同時接続するような無線通信システムにおいては、端末装置２のコードブック記憶部６５が格納するダブルコードブック構造のコードブックのうち、少なくとも第２のコードブックについては、端末装置３のコードブック記憶部６９が格納する第４のコードブックと同一とするか、同じ線形フィルタが複数記載されている必要がある。

なお、端末装置２の他の構成部分における信号処理については、第３の実施形態と同様であるから説明は省略する。

［５．２．端末装置３］
本実施形態に係る端末装置３の構成は図９と同様である。異なるのは、フィードバック情報生成部６７における信号処理となる。

フィードバック情報生成部６７では、端末装置２と同様に、所望線形フィルタに加えて、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送時に実際に端末装置３が受信するＩＵＩ電力に関連付けられた第７の線形フィルタを算出する。フィードバック情報生成部６７が生成する第７の線形フィルタは、端末装置２の第４の線形フィルタと同様に、受信品質を低下させる線形フィルタ（例えば、受信ＳＮＲを最小化させる線形フィルタ）や、受信品質を向上させる線形フィルタ（例えば、所望線形フィルタの次に高い受信ＳＮＲを実現できる線形フィルタ）を算出すれば良い。

ただし、フィードバック情報生成部６７は、水平方向のアンテナグループに関連付けられた第７の線形フィルタのみを算出すれば良い。例えば、フィードバック情報生成部６７は伝搬路推定部７１より入力されたｈ_Ｈに基づいて、受信ＳＮＲを最小とする線形フィルタをコードブック記憶部６９が格納しているコードブックより抽出し、抽出された線形フィルタに関連付けられた制御情報（例えば、該線形フィルタのコードブック上のインデックス等）を端末アンテナ部５１に向けて出力すれば良い。

端末装置２において垂直方向のアンテナグループも考慮したシングルコードブック構造のコードブックをコードブック記憶部６５が格納している場合、端末装置３が基地局装置１ｂに通知する第７の線形フィルタと、端末装置２が基地局装置１ｂに通知する第４の線形フィルタとは、何ら関連付けられたものではない。そのため、基地局装置１ｂは空間多重する端末装置２と端末装置３の組み合わせを、第３の線形フィルタに基づいて決定することが出来ず、空間多重できる端末装置の組み合わせは、複数の端末装置２同士、もしくは複数の端末装置３同士に限られてしまう。本実施形態ではコードブック記憶部６５が格納している第２のコードブックに記載の線形フィルタの少なくとも一部を、コードブック記憶部６９が格納しているコードブックに記載の線形フィルタと同一とすることで、端末装置３が基地局装置１ｂに通知する第７の線形フィルタと、端末装置２が基地局装置１ｂに通知する第４の線形フィルタとに、関連を持たせることが可能となる。よって、基地局装置１ｂは端末装置２と端末装置３同士の空間多重を実現することが可能となるから、周波数利用効率の一層の改善が可能となる。

なお、端末装置３の他の構成部分における信号処理については、第４の実施形態と同様であるから説明は省略する。

［５．３．基地局装置１ｂ］
本実施形態に係る基地局装置１ｂの構成は図１１と同様であり、各構成部分における信号処理も、第４の実施形態とほぼ同様である。異なるのは、制御情報取得部３１と伝搬路情報取得部３３と、マッピング部２５と、プリコーディング部２７における信号処理である。

はじめに、制御情報取得部３１では、接続している複数の端末装置２と複数の端末装置３より通知される制御情報を取得する。そして、制御情報取得部３１は、第１から第７の線形フィルタに関連付けられた制御情報を伝搬路情報取得部３３に向けて出力する。

伝搬路情報取得部３３では、制御情報取得部３１より入力された制御情報と、コードブック記憶部３５に格納されているコードブック情報に基づき、各端末装置が要求している第１の線形フィルタＷ１と、第２の線形フィルタＷ２と、それぞれの線形フィルタに関連付けられた第４の線形フィルタであるＷ５およびＷ６と、第７の線形フィルタを取得し、プリコーディング部２７とマッピング部２５に向けて出力する。このとき、伝搬路情報取得部３３では、端末装置２については、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ５およびＷ６を取得するが、端末装置３については、Ｗ３とＷ７を取得することになる。

プリコーディング部２７では、各端末装置より通知された各線形フィルタに基づいて、各端末装置宛のデータ信号に対して、プリコーディングを施すことで、送信信号ベクトルを算出する。基本的なプリコーディングの方法は、第４の実施形態と同様である。一方、マッピング部２５では、基地局装置１ｂが空間多重する端末装置の組み合わせを、第１と第２の線形フィルタに加えて、第３の線形フィルタを用いて決定することにある。

初めに、基地局装置１ｂが複数の端末装置２同士を空間多重する場合を考える。第４の線形フィルタは、各端末装置２が実際に観測するＩＵＩ電力に関連付けられている。例えば、第４の線形フィルタとして、各端末装置２が自装置の受信ＳＮＲを最小化させる線形フィルタを通知している場合を考える。第１の端末装置２が通知している第４の線形フィルタのひとつであるＷ５と、第２の端末装置２が通知しているＷ１が一致しており、更に、第２の端末装置２が通知しているＷ５と、第１の端末装置２が通知しているＷ１が一致していれば、第１の端末装置２と第２の端末装置２の伝搬路は互いに直交している可能性が高いことを意味している。この場合、マッピング部２５は、このような関係にある端末装置２同士を優先的に空間多重するように、各端末装置宛のデータ信号のマッピングを決定すれば良い。以上の説明は、水平方向のアンテナグループに関連付けられた線形フィルタを考慮しているが、垂直方向のアンテナグループに関連付けられた線形フィルタを考慮する場合においても同様である。当然、マッピング部２５は、第５の線形フィルタと第６の線形フィルタの両方を考慮しても良い。

一方、第４の線形フィルタとして、各端末装置２が自装置の受信ＳＮＲを向上させる線形フィルタを通知している場合、マッピング部２５は、所望線形フィルタ（Ｗ１およびＷ２）と第４の線形フィルタが一致している端末装置２同士を空間多重させないように、各端末装置宛のデータ信号のマッピングを決定すれば良い。なぜならば、そのような関係にある端末装置２の伝搬路は互いに直交していない可能性が高いからである。

次いで、基地局装置１ｂが端末装置２と端末装置３とを空間多重する場合を考える。このとき、端末装置３からは、水平方向のアンテナグループに関連付けられた第７の線形フィルタのみを通知している。本実施形態においては、端末装置２のコードブック記憶部６５が格納している第２のコードブックに記載の線形フィルタの一部もしくはその全てが、端末装置３のコードブック記憶部６９が格納している第４のコードブックに記載の線形フィルタと一致している。そのため、マッピング部２５は水平方向のアンテナグループに関連付けられた所望線形フィルタであるＷ１およびＷ３と、Ｗ１に関連付けられたＷ５およびＷ３に関連付けられたＷ７に基づいて、端末装置２と端末装置３の伝搬路の直交性を判断することが出来る。よって、マッピング部２５はＷ１、Ｗ５、Ｗ３およびＷ７に基づいて、データ信号のマッピングを行なえば良い。なお、基地局装置１ｂが複数の端末装置３同士を空間多重する場合においても、マッピング部２５はＷ３およびＷ７に基づいて、データ信号のマッピングを行なえば良い。

以上の説明では、マッピング部２５は、各端末装置２および端末装置３から通知される線形フィルタに基づいて、データ信号のマッピングを行なうものとしているが、各端末装置から通知される他の制御情報（例えば、受信品質に関連付けられた情報等）に更に基づいてマッピングを行なっても良い。マッピング部２５は、プリコーディング部２７で一端行なわれたプリコーディング結果に基づいて、再度、データ信号のマッピングをし直しても良い。

また、マッピング部２５は、予めコードブックに記載されている線形フィルタ同士を、互いの直交性や弦距離に応じて、グループ分けをしておき、第３の線形フィルタの通知の有無に関わらず、各端末装置より通知される所望線形フィルタと、コードブックのグループ分けに基づいて、データ信号のマッピングを行なっても構わない。

例えば、コードブック記載の線形フィルタが第１のグループと第２のグループに棲み分けされており、第１のグループに記載の線形フィルタと、第２のグループに記載の線形フィルタは、直交性が高いものとする。このとき、第１の端末装置２と第２の端末装置２が通知してきた所望線形フィルタＷ１が第１のグループに所属しており、第３の端末装置２が通知してきた所望線形フィルタＷ４が第２のグループに所属していた場合、第１と第３、および第２と第３の端末装置の伝搬路の直交性が高い一方で、第１と第２の端末装置２の伝搬路の直交性は低いことが分かる。この情報に基づいて、マッピング部２５は、データ信号のマッピングを行なっても構わない。

基地局装置１ｂの他の構成部分における信号処理については、第４の実施形態と同様であるから説明は省略する。

本実施形態では、各端末装置が所望線形フィルタに加えて、実際に受信するＩＵＩ電力に関連付けられた情報として第４の線形フィルタを基地局装置１ｂに通知する無線通信システムを対象とした。本実施形態の方法によれば、第４の線形フィルタの通知に係るオーバーヘッドの増加を必要最小限に抑えることが可能であり、また、レガシー端末装置である端末装置３と端末装置２とを高効率に空間多重させることも可能となるため、後方互換性を維持しつつ、無線通信システムの周波数利用効率の改善に寄与できる。

［６．全実施形態共通］
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の端末装置２および端末装置３は、セルラーシステム等の端末装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、または非可動型の電子機器、たとえば、ＡＶ機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用できることは言うまでもない。

本発明に関わる端末装置２、端末装置３、基地局装置１および基地局装置１ｂで動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ＲＯＭ、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、ＤＶＤ、ＭＯ、ＭＤ、ＣＤ、ＢＤ等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。

また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態における端末装置２、端末装置３および基地局装置１の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現してもよい。端末装置２、端末装置３および基地局装置１の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。

〔まとめ〕
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の基地局装置は、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナから、端末装置宛に送信される信号の位相および振幅を調整することで、前記複数のアンテナの水平方向および垂直方向のアンテナ利得を調整可能な基地局装置であって、前記端末装置との間で共用された、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第２のコードブックと、前記垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第３のコードブックと、から構成される第１のコードブックを格納している第１のコードブック記憶部と、前記端末装置から通知される、前記第２のコードブック記載の複数の線形フィルタおよび前記第３のコードブック記載の複数の線形フィルタの少なくとも１つを示す制御情報を取得する制御情報取得部と、
前記制御情報と、前記第１のコードブックに基づき、前記端末装置宛の信号にプリコーディングを施すプリコーディング部と、前記プリコーディングが施された信号を送信する無線送信部とを備えることを特徴とする。

このような基地局装置は、端末装置から水平方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタと、垂直方向に関連付けられた線形フィルタを、端末装置と共用しているコードブックに基づいてフィードバックされる。基地局装置はフィードバックされた線形フィルタに基づいて、端末装置宛の信号にプリコーディングを施すことで、アンテナ数の増加に伴うフィードバック情報量の増加を最小限に抑えながら、高効率なプリコーディング伝送を行なうことが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（２）また、本発明の基地局装置は、前記プリコーディング部は、前記制御情報と、前記第１のコードブックに基づいて、複数の前記端末装置宛の信号にプリコーディングを施し、前記無線送信部は、前記プリコーディングが施された信号を空間多重して、複数の前記端末装置に向けて送信することを特徴とする。

このような基地局装置は、複数の端末装置から、水平方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタと、垂直方向に関連付けられた線形フィルタを、端末装置と共用しているコードブックに基づいてフィードバックされる。基地局装置はフィードバックされた線形フィルタに基づいて、各端末装置宛の信号にプリコーディングを施し、プリコーディングが施された信号を空間多重して送信するＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なうことが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（３）また、本発明の基地局装置は、前記制御情報は、前記端末装置の受信品質を最大化する前記第２のコードブック記載の第１の線形フィルタ、前記端末装置の受信品質を最大化する前記第３のコードブック記載の第２の線形フィルタ、前記端末装置の受信品質を最小化する前記第２のコードブック記載の第５の線形フィルタおよび前記端末装置の受信品質を最小化する前記第３のコードブック記載の第６の線形フィルタとの少なくとも１つを示す制御情報を含み、前記プリコーディング部は、前記制御情報が示す前記第２のコードブックおよび前記第３のコードブック記載の線形フィルタのうち、少なくとも１つに基づいて、複数の前記端末装置宛の信号にプリコーディングを施し、前記受信品質は、受信信号対雑音電力比、受信信号対干渉プラス雑音電力比またはチャネル容量のいずれかであることを特徴とする。

このような基地局装置は、複数の端末装置から、各端末装置の受信品質を最大化する線形フィルタと、受信品質を最小化する線形フィルタがフィードバックされる。基地局装置は、各端末装置が実際に観測するユーザ間干渉電力を考慮しながら、各端末装置宛の信号にプリコーディングを施すことができるから、アンテナ数の増加に伴うフィードバック情報量の増加を最小限に抑えながら、高効率なＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なうことが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（４）また、本発明の基地局装置は、前記端末装置宛の信号に、前記端末装置との間で既知の参照信号を多重するマッピング部を更に備え、前記既知の参照信号には、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた第１の参照信号と、前記垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた第２の参照信号が含まれており、前記第１の参照信号と、前記第２の参照信号は、互いに直交する無線リソースを用いて送信され、前記第１の参照信号と、前記第２の参照信号の送信周期は同一である、上記（１）から（３）のいずれかに記載の基地局装置であることを特徴とする。

このような基地局装置は、水平方向のアンテナ利得に関連付けられた参照信号と、垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた参照信号を、それぞれ直交する無線リソースを用いて送信し、送信周期を同一とすることが出来るから、参照信号の送信に係るオーバーヘッドを抑圧することが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（５）また、本発明の基地局装置は、前記端末装置宛の信号に、前記端末装置との間で既知の参照信号を多重するマッピング部を更に備え、前記既知の参照信号には、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた第１の参照信号と、前記垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた第２の参照信号が含まれており、前記第１の参照信号と、前記第２の参照信号は、互いに直交する無線リソースを用いて送信され、前記第１の参照信号と、前記第２の参照信号の送信周期は互いに異なっている、上記（１）から（３）のいずれかに記載の基地局装置であることを特徴とする。

このような基地局装置は、水平方向のアンテナ利得に関連付けられた参照信号と、垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた参照信号を、それぞれ直交する無線リソースを用いて送信し、送信周期を互いに異なる値とすることが出来るから、参照信号の送信に係るオーバーヘッドを抑圧することが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（６）また、本発明の基地局装置は、前記端末装置には、第１の端末装置と、第２の端末装置が含まれており、前記制御情報取得部は、前記第１の端末装置から通知された、前記第２のコードブックに記載の線形フィルタのうち、少なくとも１つを示す第１の制御情報と、前記第２の端末装置から通知された、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられ、少なくとも一部が前記第２のコードブック記載の線形フィルタと共通である第４のコードブックに記載の線形フィルタのうち、少なくとも１つを示す第２の制御情報とを取得し、前記プリコーディング部は、前記第１の制御情報が示す前記第２のコードブック記載の線形フィルタと、前記第２の制御情報が示す前記第４のコードブック記載の線形フィルタの少なくともに１つに基づいて、前記第１の端末装置宛の信号と、前記第２の端末装置宛の信号にプリコーディングを施し、前記無線送信部は、前記プリコーディングが施された信号を空間多重して、複数の前記端末装置に向けて送信する、上記（２）記載の基地局装置であることを特徴とする。

このような基地局装置は、第１の端末装置からは、水平方向のアンテナ利得と垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタを取得し、第２の端末装置からは、水平方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタを取得する。基地局装置は取得した線形フィルタの少なくともの１つに基づいて各端末装置宛の信号にプリコーディングを施すことで、第１の端末装置と、垂直方向のアンテナ利得を把握できない第２の端末装置の両方と通信を行なうことが出来る。その結果、後方互換性を保ちつつ、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（７）また、本発明の基地局装置は、前記制御情報取得部は、前記第１の端末装置より通知された、前記第１の端末装置の前記受信品質を最大化する前記第２のコードブック記載の第１の線形フィルタ、前記第１の端末装置の前記受信品質を最大化する前記第３のコードブック記載の第２の線形フィルタ、前記第１の端末装置の前記受信品質を最小化する前記第２のコードブック記載の第５の線形フィルタおよび前記第１の端末装置の前記受信品質を最小化する前記第３のコードブック記載の第６の線形フィルタの少なくとも１つを示す第１の制御情報と、前記第２の端末装置より通知された、前記第２の端末装置の前記受信品質を最大化する前記第４のコードブック記載の第６の線形フィルタと、前記第２の端末装置の前記受信品質を最小化する前記第４のコードブック記載の線形フィルタとの少なくともの１つを示す第２の制御情報とを取得し、前記プリコーディング部は、前記第１の制御情報が示す前記第２のコードブックおよび前記第３のコードブックに記載の線形フィルタと、前記第２の制御情報が示す前記第４のコードブックに記載の線形フィルタの少なくとも１つに基づいて、複数の前記端末装置宛の信号にプリコーディングを施す、上記（６）に記載の基地局装置であることを特徴とする。

このような基地局装置は、第１の端末装置が備えるコードブックに記載の線形フィルタと、第２の端末装置が備えるコードブックに記載の線形フィルタの少なくとも一部の線形フィルタが共通化されており、それぞれの端末装置から、自装置の受信品質を最大化する線形フィルタと、受信品質を最小化する線形フィルタが通知される。基地局装置は第１の端末装置に加えて、垂直方向のアンテナ利得が把握できない第２の端末装置が実際に観測するユーザ間干渉を把握することが可能となるから、第１の端末装置と、第２の端末装置とを含んだ高効率はＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を実現することが可能となる。その結果、後方互換性を保ちつつ、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（８）また、本発明の基地局装置は、複数の前記端末装置より、前記無線送信部が空間多重して送信する信号の宛先端末装置を決定するマッピング部を更に備え、前記制御情報取得部は、前記第１の端末装置より通知された、前記第１の端末装置の受信品質を最大化する前記第２のコードブック記載の第１の線形フィルタと、前記第１の端末装置の前記受信品質を最小化する前記第３のコードブック記載の第６の線形フィルタをそれぞれ示す第１の制御情報と、前記第２の端末装置より通知された、前記第２の端末装置の前記受信品質を最大化する前記第４のコードブック記載の第３の線形フィルタを示す第２の制御情報と、を取得し、前記マッピング部は、前記第６の線形フィルタと、前記第３の線形フィルタに基づいて、前記宛先端末装置を決定し、前記プリコーディング部は、前記第１の線形フィルタと、前記第３の線形フィルタに基づいて、前記宛先端末装置宛の信号にプリコーディングを施す、上記（６）記載の基地局装置であることを特徴とする。

このような基地局装置は、第１の端末装置が備えるコードブックに記載の線形フィルタと、第２の端末装置が備えるコードブックに記載の線形フィルタの少なくとも一部の線形フィルタが共通化されており、それぞれの端末装置から、自装置の受信品質を最大化する線形フィルタと、受信品質を最小化する線形フィルタが通知される。基地局装置は第１の端末装置に加えて、垂直方向のアンテナ利得が把握できない第２の端末装置が実際に観測するユーザ間干渉を把握することが可能となるから、第１の端末装置と、第２の端末装置とを含んだ高効率はＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を実現することが可能となる。その結果、後方互換性を保ちつつ、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（９）本発明の端末装置は、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナから、端末装置宛に送信される信号の位相および振幅を調整することで、前記複数のアンテナの水平方向および垂直方向のアンテナ利得を調整可能な基地局装置と通信を行なう第１の端末装置であって、前記基地局装置と共用された、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第２のコードブックと、前記垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第３のコードブックと、から構成される第１のコードブックを格納している第１のコードブック記憶部と、前記第２のコードブック記載の複数の線形フィルタおよび前記第３のコードブック記載の複数の線形フィルタの少なくとも１つを示す制御情報を生成するフィードバック情報生成部と、前記制御情報を前記基地局装置に通知する無線送信部とを備えることを特徴とする。

このような端末装置は、基地局装置が備える複数のアンテナのうち、水平方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタと、垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタを、基地局装置と共用しているコードブックに基づいて基地局装置に通知する。その結果、基地局装置はアンテナ数の増加に伴うフィードバック情報量の増加を最小限に抑えながら、高効率なプリコーディング伝送を行なうことが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（１０）また、本発明の端末装置は、前記フィードバック情報生成部は、自装置の受信品質を最大化する前記第２のコードブック記載の第１の線形フィルタと、自装置の受信品質を最大化する前記第３のコードブック記載の第２の線形フィルタとの少なくとも１つを示す第１の制御情報と、自装置の受信品質を最小化する前記第２のコードブック記載の第５の線形フィルタと、自装置の受信品質を最小化する前記第３のコードブック記載の第６の線形フィルタとの少なくとも１つを示す第２の制御情報とを生成し、前記受信品質は受信信号対雑音電力比、受信信号対干渉プラス雑音電力比またはチャネル容量のいずれかであることを特徴とする。

このような端末装置は、自装置の受信品質を最大化する線形フィルタに加えて、受信品質を最小化する線形フィルタを基地局装置に通知する。この結果、基地局装置は、各端末装置が実際に観測するユーザ間干渉を把握することが出来るから、基地局装置のアンテナ数の増加に伴うフィードバック情報量の増加を最小限に抑えながら、高効率なＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なうことが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（１１）また、本発明の端末装置は、前記基地局装置が通信を行なう端末装置には、前記第１の端末装置と、第２の端末装置が含まれており、前記第２のコードブック記載の複数の線形フィルタの少なくとも一部は、前記第２の端末装置が記憶する第４のコードブックに記載された、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタと共通であることを特徴とする。

このように、端末装置には水平方向と垂直方向のアンテナ利得をどちらも把握可能な第１の端末装置と、水平方向のアンテナ利得のみを把握可能な第２の端末装置が含まれており、第１の端末装置が備えるコードブック記載の線形フィルタと、第２の端末装置が備えるコードブック記載の線形フィルタの少なくとも一部を共通化する。その結果、基地局装置は、第２の端末装置が実際に観測するユーザ間干渉を把握することが可能となるから、基地局装置のアンテナ数の増加に伴うフィードバック情報量の増加を最小限に抑えながら、高効率なＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行なうことが可能となる。その結果、後方互換性を保ちながら、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（１２）また、本発明の端末装置は、前記第１の線形フィルタと前記第２の線形フィルタに関連付けられた制御情報を前記基地局装置に通知する周期は、同一である、上記（９）から（１１）のいずれかに記載の端末装置であることを特徴とする。

このような端末装置は、水平方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタと、垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタを基地局装置に通知する周期を、適切に設定することが可能となるから、フィードバックに係るオーバーヘッドを抑圧することが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（１３）また、本発明の端末装置は、前記第１の線形フィルタと前記第２の線形フィルタに関連付けられた制御情報を、前記基地局装置に通知する周期は、互いに異なる、上記（９）から上記（１１）のいずれかに記載の端末装置であることを特徴とする。

このような端末装置は、水平方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタと、垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタを基地局装置に通知する周期を、適切に設定することが可能となるから、フィードバックに係るオーバーヘッドを抑圧することが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（１４）また、本発明の無線通信システムは、上記（１）記載の基地局装置と、少なくとも１つの複数の上記（９）記載の端末装置と、から構成されることを特徴とする。

このような無線通信システムは、上記（１）記載の基地局装置と、少なくとも１つの複数の上記（９）記載の端末装置を備えるから、基地局装置のアンテナ数の増加に伴うフィードバック情報量の増加を最小限に抑えながら、高効率なプリコーディング伝送を行なうことが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（１５）本発明の集積回路は、複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナから、端末装置宛に送信される信号の位相および振幅を調整することで、前記複数のアンテナの水平方向および垂直方向のアンテナ利得を調整可能な基地局装置に実装され、前記基地局装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、
前記端末装置との間で共用された、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第２のコードブックと、前記垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第３のコードブックと、から構成される第１のコードブックを格納する機能と、前記端末装置から通知される、前記第２のコードブック記載の複数の線形フィルタおよび前記第３のコードブック記載の複数の線形フィルタの少なくとも１つを示す制御情報を取得する機能と、前記制御情報と、前記第１のコードブックに基づき、前記端末装置宛の信号にプリコーディングを施す機能と、前記プリコーディングが施された信号を送信する機能との一連の機能を前記基地局装置に発揮させることを特徴とする。

このような集積回路は、基地局装置に端末装置から水平方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタと、垂直方向に関連付けられた線形フィルタを、端末装置と共用しているコードブックに基づいてフィードバックされ、フィードバックされた線形フィルタに基づいて、端末装置宛の信号にプリコーディングを施すことで、アンテナ数の増加に伴うフィードバック情報量の増加を最小限に抑えながら、高効率なプリコーディング伝送を行なう機能を発揮させることが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

（１６）複数のアンテナを備え、前記複数のアンテナから、端末装置宛に送信される信号の位相および振幅を調整することで、前記複数のアンテナの水平方向および垂直方向のアンテナ利得を調整可能な基地局装置と通信を行なう端末装置に実装され、前記端末装置に複数の機能を発揮させる集積回路であって、前記基地局装置との間で共用された、前記水平方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第２のコードブックと、前記垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた複数の線形フィルタが記載された第３のコードブックと、から構成される第１のコードブックを格納する機能と、前記第２のコードブック記載の複数の線形フィルタおよび前記第３のコードブック記載の複数の線形フィルタの少なくとも１つを示す制御情報を生成する機能と、前記制御情報を前記基地局装置に通知する機能との一連の機能を前記端末装置に発揮させることを特徴とする。

このような集積回路は、端末装置に、基地局装置が備える複数のアンテナのうち、水平方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタと、垂直方向のアンテナ利得に関連付けられた線形フィルタを、基地局装置と共用しているコードブックに基づいて端末装置が、基地局装置に通知することで、基地局装置のアンテナ数の増加に伴うフィードバック情報量の増加を最小限に抑えながら、高効率なプリコーディング伝送を行なう機能を発揮させることが可能となる。その結果、周波数利用効率を向上させることが可能となる。

本発明は、基地局装置や端末装置や無線通信システムや集積回路に用いて好適である。

１、１ｂ 基地局装置
２、２−１、２−２、２−３、２−４、２−ｕ、３、３−１、３−２ 端末装置
２１、２１ｂ チャネル符号化部
２３、２３ｂ データ変調部
２５ マッピング部
２７ プリコーディング部
２９ アンテナ部
２９−１ ＩＦＦＴ部
２９−２ ＧＩ挿入部
２９−３ 無線送信部
２９−４ 無線受信部
２９−５ アンテナ
３１ 制御情報取得部
３３ 伝搬路情報取得部
３５、６５、６９ コードブック記憶部
５１ 端末アンテナ部
５１−１ 無線受信部
５１−２ 無線送信部
５１−３ ＧＩ除去部
５１−４ ＦＦＴ部
５１−５ 参照信号分離部
５１−６ アンテナ
５３、７１ 伝搬路推定部
５５、６７ フィードバック情報生成部
５７ チャネル等化部
５９ デマッピング部
６１ データ復調部
６３ チャネル復号部

Claims (6)

1. 複数のアンテナポートを備えた基地局装置と通信を行う端末装置であって、
   チャネル状態情報参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）を前記基地局装置から受信する無線受信部と、
   前記ＣＳＩ−ＲＳに基づいて生成されたフィードバック情報を前記基地局装置に送信する無線送信部と、を備え、
   前記フィードバック情報は、第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタ及び第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタが記載されたコードブックにおいて、前記コードブックに含まれる第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタと第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタを示すインデックスを含み、
   前記ＣＳＩ−ＲＳ及び前記線形フィルタは、前記アンテナポートの数と関連付けられており、
   前記コードブックに記載される線形フィルタの数は、前記コードブックに施されたオーバーサンプリングの数によって変化し、
   前記コードブックは、前記第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタの数が前記第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタの数と同一である設定を含み、
   前記第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタのノルムは、前記第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタのノルムと同一である、端末装置。
2. 前記第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタ及び第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタは、前記基地局装置によって更新される、請求項１記載の端末装置。
3. 前記ＣＳＩ−ＲＳは、第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタに関連付けられる第１の参照信号系列と第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタに関連付けられる第２の参照信号系列を含む、請求項１記載の端末装置。
4. 複数のアンテナポートを備えた基地局装置と通信を行う端末装置の通信方法であって、
   チャネル状態情報参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）を前記基地局装置から受信する第１のステップと、
   フィードバック情報を前記基地局装置に送信する第２のステップと、を有し、
   前記フィードバック情報は、第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタ及び第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタが記載されたコードブックにおいて、前記コードブックに含まれる第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタと第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタを示すインデックスを含み、
   前記ＣＳＩ−ＲＳ及び前記線形フィルタは、前記アンテナポートの数と関連付けられており、
   前記コードブックに記載される線形フィルタの数は、前記コードブックに施されたオーバーサンプリングの数によって変化し、
   前記コードブックは、前記第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタの数が前記第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタの数と同一である設定を含み、
   前記第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタのノルムは、前記第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタのノルムと同一である、通信方法。
5. 複数のアンテナポートを備え、端末装置と通信を行う基地局装置であって、
   チャネル状態情報参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）を前記端末装置に送信する無線送信部と、
   前記ＣＳＩ−ＲＳに基づいて生成されたフィードバック情報を前記端末装置から受信する無線受信部と、を備え、
   前記フィードバック情報は、第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタ及び第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタが記載されたコードブックにおいて、前記コードブックに含まれる第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタと第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタを示すインデックスを含み、
   前記ＣＳＩ−ＲＳ及び前記線形フィルタは、前記アンテナポートの数と関連付けられており、
   前記コードブックに記載される線形フィルタの数は、前記コードブックに施されたオーバーサンプリングの数によって変化し、
   前記コードブックは、前記第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタの数が前記第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタの数と同一である設定を含み、
   前記第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタのノルムは、前記第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタのノルムと同一である、基地局装置。
6. 複数のアンテナポートを備え、端末装置と通信を行う基地局装置の通信方法であって、
   チャネル状態情報参照信号（ＣＳＩ−ＲＳ）を前記端末装置に送信する第１のステップと、
   前記ＣＳＩ−ＲＳに基づいて生成されたフィードバック情報を前記端末装置から受信する第２のステップと、を有し、
   前記フィードバック情報は、第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタ及び第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタが記載されたコードブックにおいて、前記コードブックに含まれる第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタと第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタを示すインデックスを含み、
   前記ＣＳＩ−ＲＳ及び前記線形フィルタは、前記アンテナポートの数と関連付けられており、
   前記コードブックに記載される線形フィルタの数は、前記コードブックに施されたオーバーサンプリングの数によって変化し、
   前記コードブックは、前記第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタの数が前記第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタの数と同一である設定を含み、
   前記第１の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタのノルムは、前記第２の次元のプレコーディングに対応する線形フィルタのノルムと同一である、通信方法。

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